Ứng dụng IoT trong lĩnh vực khuấy trộn bê tông

• 07/07/2020

Trong 20 năm qua, ngành bê tông đã triển khai các công nghệ mới như cảm biến có dây để theo dõi hiệu suất trong bê tông. Những cảm biến này có thể giám sát mọi thứ từ nhiệt độ bê tông, độ chín bê tông và độ ẩm tương đối của bê tông. Tuy nhiên, bây giờ với  IoT, các cảm biến này có thể truyền dữ liệu này tới điện thoại di động và máy tính của chúng ta qua mạng không dây. Trong khi bê tông đang được đặt tại công trường xây dựng, nhà sản xuất bê tông, nhà thầu và kỹ sư có thể theo dõi hiệu suất bê tông và đưa ra quyết định trong thời gian thực trong toàn bộ công việc.

IoT cũng đã thay đổi trò chơi kinh doanh cho xe tải bê tông trộn sẵn và giao hàng. Các công ty đã phát triển công nghệ để theo dõi các xe tải được gửi đến địa điểm giao hàng và truyền dữ liệu thời gian thực về bất cứ điều gì thay đổi hỗn hợp bê tông trước khi giao hàng. Các xe tải được hoàn thiện với đầu dò và cảm biến bằng thép không gỉ, bao gồm nhiệt kế và gia tốc kế, để truyền dữ liệu đến máy tính trên máy bay. Sau đó, máy tính có thể tính toán độ sụt và khối lượng bê tông để theo dõi bê tông. Những chiếc xe tải bê tông thông minh này đã thay thế nhu cầu về vé giao hàng thời trang cũ và cảnh báo mọi vấn đề liên quan đến bê tông trước khi đặt. Cuối cùng, những cải tiến cho cảm biến bê tông và xe tải hỗn hợp đã sẵn sàng thông qua công nghệ sử dụng  IoT để tạo ra bê tông mạnh hơn và tồn tại lâu hơn.

Bài viết này được thực hiện với sự hợp tác của một nhà sản xuất trạm trộn di động để sản xuất bê tông. Mục đích của nghiên cứu là trực quan hóa và mô tả sự phát triển của các concept về dữ liệu lớn và làm rõ các cơ hội cho các tùy chọn dịch vụ mới mà giải pháp dữ liệu lớn có thể mang lại cho ngành kinh doanh bê tông. Bài viết bao gồm các phương pháp thu thập dữ liệu, quá trình chọn dữ liệu cần thu thập và cuối cùng là tổng quan về các cơ hội dịch vụ mới có thể được cung cấp cho khách hàng. 

Ngành thiết bị khuấy trộn bê tông và những cơ hội với IoT

Công ty được nêu trong bài này dựa trên cơ sở muốn thay đổi mô hình kinh doanh hiện tại bằng cách mở rộng dòng sản phẩm hiện tại và cung cấp dịch vụ hậu mãi cho khách hàng. Do đó, việc phát triển một mô hình kinh doanh mới là một chủ đề lớn trong công ty ngành sản xuất và cung cấp bê tông trong những năm gần đây.

Động lực chung cho dự án là tìm ra một mô hình kinh doanh mới cho các lựa chọn dịch vụ cho trạm trộn được thúc đẩy bởi công nghệ  IoT . Mô hình kinh doanh mới có thể thay đổi mô hình hiện tại sang mô hình kinh doanh hướng dịch vụ hơn. Tác động của các giải pháp sẽ làm tăng sự hài lòng của khách hàng và doanh thu của công ty bằng cách giới thiệu một mô hình kinh doanh theo định hướng Dịch vụ hoá.

Bài viết này khám phá những cơ hội mới có thể cho các trạm trộn di động. Thu thập dữ liệu được nhìn thấy trong một loạt các lĩnh vực và công ty muốn bao gồm các cơ hội thu thập dữ liệu để đạt được lợi thế cạnh tranh. Thị trường thu thập dữ liệu trong lĩnh vực trạm trộn di động chưa được phát hiện. Kết hợp với vị thế là nhà lãnh đạo đổi mới trên thị trường, công ty trong bài viết muốn bắt đầu thu thập dữ liệu từ các máy trộn bê tông.

Thu thập dữ liệu bằng công nghệ IoT 

Công nghệ  IoT  đang dần tạo ra ảnh hưởng đến ngành công nghiệp bê tông. Sự quan tâm mới nổi đối với các giải pháp IoT đã dẫn đến việc phát triển các công nghệ  IoT  cho các mục đích khác nhau. Các công ty lớn như IBM đã phát triển các ứng dụng cho các trạm trộn bê tông tĩnh, có thể cải thiện tính nhất quán của chất lượng bê tông.

Mặc dù ứng dụng được phát triển cho các nhà máy, văn phòng phẩm lớn, ứng dụng có thể được thu nhỏ để sử dụng cho trạm trộn di động để tối ưu hóa sản xuất và kiểm soát chất lượng. Ứng dụng từ IBM có thể được kết hợp với các tính năng khác, có thể được sử dụng trong ngành bê tông như bảo trì dự đoán, chất lượng dự đoán của bê tông, hậu cần kết nối và phân tích dự đoán

Thu thập dữ liệu từ trạm trộn cần có các điều kiện tiên quyết để thành công. Chúng bao gồm mạng cảm biến để theo dõi dữ liệu , máy tính để thu thập dữ liệu và  kết nối internet với khả năng gửi dữ liệu. 

a) Bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Các mô hình gần đây của trạm trộn có lắp đặt PLC, thu thập dữ liệu từ quá trình sản xuất bê tông. Thông tin về số lượng cốt liệu, chất lượng của lô, dung sai, vv được lưu trữ trong PLC và được in trên các recipe. PLC này đang lưu thông tin để lưu trữ dữ liệu cục bộ.

Hiện tại các trạm trộn được trang bị bộ giao diện Siemens điều khiển quá trình trộn. Tuy nhiên, một hệ thống mới đang được phát triển dễ vận hành hơn ví dụ Rockwell, Beckhoff và theo hướng điều khiển bằng máy tính (các hệ thống DCS).

b) Cảm biến và đo lường

Các quy trình sản xuất bê tông đòi hỏi một phép đo các cốt liệu được sử dụng trong công thức. Để xử lý các phép đo này, trạm trộn được gắn cảm biến. Các cảm biến hiện tại trên các trạm trộn bao gồm cảm biến cân và lưu lượng kế. Các tế bào cân đang kiểm soát liều lượng của tất cả các cốt liệu. Các cốt liệu được đo từng loại một, có nghĩa là trọng lượng của mỗi cốt liệu được tính toán. Lưu lượng kế đang đo liều lượng nước theo lô tính bằng kg / giây để định lượng đúng lượng theo sỏi và xi măng trong công thức.

c) Kết nối Internet bằng các gateway

Ngày nay, kết nối internet là một tùy chọn trên máy. Nhưng khách hàng thường không thấy giá trị này, vì chi phí cài đặt quá cao. Tuy nhiên những năm gần đây sự phát triển cuả các gateway IoT đã tăng trưởng mạnh, chi phí cũng không còn đắt đỏ như xưa.

Với giải pháp cho phương pháp thu thập tổng thể, bước tiếp theo là mô tả và chọn dữ liệu nào sẽ được thu thập. Điều này đã được thực hiện thông qua một quá trình tạo ý tưởng với sự xác nhận từ các chuyên gia. Các ý tưởng được tổ chức với các nhân viên có thẩm quyền nội bộ có kiến thức về các trạm trộn. Sau khi tạo ý tưởng nội bộ, các chuyên gia thu thập dữ liệu từ nhà phát triển giải pháp đã được yêu cầu xác nhận bên ngoài và sử dụng chuyên môn của họ trong việc thu thập dữ liệu. Việc tạo và xác nhận ý tưởng thiết lập giai đoạn phát triển đầu tiên. Giai đoạn phát triển đầu tiên bao gồm:

• Kiểm soát chất lượng sống của dung sai trộn
• Các Báo cáo chất lượng được tạo tự động
• Báo cáo hàng loạt
• Sử dụng nguyên vật liệu
• Công thức khuấy trộn cụ thể
• Giờ làm việc
• GPS

Dịch vụ mới dựa trên IoT

Dựa theo lượng dữ liệu thu thập được, công ty đã phát hiện ra nhiều mô hình dịch vụ mới. Trong tổng số 9 tùy chọn dịch vụ mới được tìm thấy, có thể làm tăng sự hài lòng của khách hàng. Các tùy chọn dịch vụ mới sẽ có thể là tùy chọn trả phí (ví dụ: bảo hành mở rộng) hoặc thêm chi phí cho các máy tiêu chuẩn bán ra. Ví dụ về dịch vụ nhắc nhở có thể không ảnh hưởng đến doanh thu tại công ty, nhưng phụ tùng cho máy có nhiều khả năng sẽ phải mua từ công ty.

Dưới đây là 1 số dịch vụ kinh doanh mới có thể phát triển từ các dữ liệu thu thập được 

1) Bảo hành mở rộng,  Đo bằng: Giờ làm việc

Công ty muốn có thể cung cấp một bảo hành mở rộng cho khách hàng của họ. Khi cung cấp bảo hành mở rộng, cần kiểm tra việc sử dụng trạm trộn. Nếu việc sử dụng không được giám sát, trạm trộn có thể được sử dụng 24 giờ một ngày, điều này sẽ làm hao mòn nhà máy nhanh hơn do quá tải và có thể tốn kém. Để ngăn chặn điều này xảy ra, việc sử dụng nhà máy có thể được kiểm soát bởi giờ hoạt động.

Khi hình thành tùy chọn dịch vụ, công ty có thể đặt lại phần mở rộng theo thời gian (ví dụ: 2 năm) hoặc theo giờ (ví dụ: 2000 giờ làm việc = 1 năm). Nhu cầu về dịch vụ này đã được xác định bởi các yêu cầu của khách hàng.

2) Dịch vụ phòng ngừa, Đo bằng: Giờ hoạt động + Báo cáo hàng loạt + Sử dụng vật liệu

Thu thập dữ liệu làm cho công ty có thể cung cấp dịch vụ phòng ngừa cho khách hàng của họ. Bằng cách thực hiện các dịch vụ phòng ngừa, khách hàng có thể lập kế hoạch dịch vụ cần thiết trong tương lai. Điều này thường dẫn đến thời gian vận hành tốt hơn. Các dịch vụ phòng ngừa có thể được đo lường bằng giờ hoạt động, báo cáo hàng loạt và sử dụng vật liệu. Khung thời gian cho các dịch vụ phòng ngừa có thể thay đổi do sử dụng vật liệu.

Ví dụ, nếu khách hàng đang sử dụng sỏi với đá sắc nhọn, thiết bị sẽ mòn nhanh hơn. Do thời gian hoạt động nhanh hơn nên không đủ để xác định khi nào cần dịch vụ. Bằng cách bao gồm việc sử dụng vật liệu, các dịch vụ phòng ngừa chính xác hơn so với việc tính toán phụ thuộc hoàn toàn vào giờ hoạt động.

3) Kiểm soát trực tiếp chất lượng trạm trộn , Đo bằng: Kiểm soát chất lượng trực tiếp + Báo cáo hàng loạt + Sử dụng vật liệu

Việc kiểm soát trực tiếp chất lượng trạm trộn đảm bảo rằng bê tông không tuân theo các tiêu chuẩn có thể bị loại bỏ. Một khách hàng gần đây đã yêu cầu tính năng này do anh ta sử dụng máy móc. Hệ thống hiện tại của anh ta không có kiểm soát chất lượng bê tông sống, điều đó có nghĩa là nếu anh ta phát hiện ra chất lượng không chính xác, anh ta phải tìm ra khi sự cố xảy ra và liên hệ với tất cả các xe tải mà anh ta đã đổ đầy bê tông để loại bỏ nó. Điều này đã mất rất nhiều thời gian và rất tốn kém. Nếu bê tông không được chứng nhận hoặc bị sống theo các tiêu chuẩn như được sử dụng, các thiệt hại có thể gây tử vong.

Trước hết, nếu bê tông phải được loại bỏ sau khi nó được sử dụng, nó có thể tiêu tốn một khoản tiền lớn cho công ty. Thứ hai, nếu bê tông xấu được sử dụng, các yếu tố xây dựng, cầu v.v … bê tông được sử dụng để xây dựng có thể sụp đổ, có thể gây ra cuộc sống của con người.

Tính năng này đến hệ thống sẽ gửi cảnh báo cho người quản lý nếu một lô không đáp ứng các yêu cầu của công thức hoặc trên tin nhắn văn bản ứng dụng hoặc tương tự cùng với cảnh báo trên PLC cho người vận hành.

Sau đó, người quản lý có khả năng dừng bê tông hỗn hợp trước khi quá muộn. Nhưng nó cũng có thể phục vụ như một kiểm soát chất lượng cho người quản lý, người có thể kiểm tra xem các nhân viên có đang trộn đúng công thức với dung sai phù hợp hay không.

4) Tạo Tài liệu tự động, Đo bằng: Báo cáo hàng loạt + Sử dụng vật liệu

Khi sản xuất bê tông, mỗi lô phải được ghi lại bằng cách sử dụng vật liệu, dung sai, ngày, vv Quy trình hiện tại cho tài liệu là bằng một biên nhận được in bởi máy in nhiệt để người vận hành lưu trữ. Công ty có thể phát triển một công thức tiêu chuẩn với các tài liệu cần thiết có thể được lưu trữ trực tuyến. Bằng cách làm như vậy, có thể giảm thời gian dành cho tài liệu, vì nhu cầu lưu trữ vật lý không cần thiết nữa.

5) Dịch vụ nhắc nhở, Đo bằng: Giờ hoạt động / Ngày đóng dấu

Các trạm trộn phải được phục vụ. Các dịch vụ này giúp máy không bị hỏng và bao gồm thay dầu trên động cơ, v.v. Để đảm bảo khách hàng bảo dưỡng máy, một lời nhắc có thể được cung cấp một khoảng thời gian kha khá trước khi cần dịch vụ. Việc đếm ngày kết hợp với giờ hoạt động có thể giúp nhắc nhở khách hàng về việc thay dầu, v.v. nếu họ không biết. Các nhắc nhở cung cấp cho khách hàng cơ hội để chăm sóc máy nhưng cũng cần thiết trong điều khoản bảo hành mở rộng.

6) Hỗ trợ ngoài site (Gateway + Teamviewer)

Bằng cách cài đặt gateway và kết nối internet trong trạm trộn, bộ phận điện từ công ty có thể sử dụng Teamviewer để đăng nhập vào PLC. Nếu người vận hành máy bị kẹt với một vấn đề, chẩn đoán thường có thể nhanh chóng được giải quyết, nếu kỹ sư dịch vụ có quyền truy cập vào PLC trong trạm trộn.

Dịch vụ này đảm bảo sự hài lòng của khách hàng bằng khả năng điều khiển từ xa trạm trộn và khả năng khắc phục sự cố, nhưng nó cũng tiết kiệm chi phí liên quan đến các dịch vụ tại chỗ cho các vấn đề nhỏ hơn. Các vấn đề có thể được khắc phục bởi sự hỗ trợ của Teamviewer, có thể được thực hiện mà không cần kỹ thuật viên dịch vụ phải rời khỏi các cơ sở trung tâm.

7) Bảo mật cho người quản lý, Đo bằng: Kiểm soát chất lượng trực tiếp + báo cáo hàng loạt

Khi mua một trạm trộn di động, điều quan trọng là người quản lý phải đảm bảo nhân viên của mình đang sản xuất bê tông với dung sai phù hợp và đang sản xuất đúng số lượng. Với khả năng kiểm tra trực tiếp máy, người quản lý luôn kiểm soát thời điểm trạm trộn di động hoạt động.

Một trường hợp với khách hàng hiện tại là một ví dụ 1 khách hàng của họ ở cách xa nơi sản xuất. Các trạm trộn đang sản xuất bê tông trong khoảng cách văn phòng 10.000 km. Do khoảng cách xa, khách hàng muốn có thể theo dõi và kiểm tra xem các nhân viên có sản xuất như dự kiến và bị hao hụt ​​hay không.

8) Tư vấn về công thức khuyấy trộn,  Đo bằng: Công thức khuấy trộn hàng loạt

Công ty có thể thực hiện tư vấn cho khách hàng dựa trên kiến ​​thức có thể được thu thập thông qua các công thức khuấy trộn theo đợt. Kiến thức về các công thức khuấy trộn thường xuyên được sử dụng, được sử dụng nhiều nhất, vv có thể mở rộng kiến ​​thức về cách thức hoạt động của trạm trộn và thông tin này có thể được chuyển cho các khách hàng khác.

9) Bản đồ tổng quan về các trạm trộn của trạm trộn vận hành và vị trí , Đo bằng: GPS + Giờ hoạt động

Một bản đồ với các trạm trộn có thể hiển thị vị trí và hoạt động hiện tại của các trạm trộn. Màn hình có mục đích tạo ra một cái nhìn tổng quan về các nhà máy đang chạy, nơi chúng được đặt, và nếu có bất kỳ vấn đề nào với nhà máy. Với biểu đồ tổng quan này, công ty có thể liên hệ với khách hàng để hỏi xem có cần hỗ trợ không.

Mô hình kinh doanh mới 

Thông qua các thực nghiệm đã được xác định, một nhà sản xuất trạm trộn bê tông có thể sử dụng dữ liệu để tăng các tùy chọn dịch vụ cho khách hàng của họ. Đầu tiên, một nghiên cứu về cách thu thập dữ liệu từ các máy đã được thực hiện. Kết quả của nghiên cứu này là giải pháp phù hợp nhất cho công ty là thuê ngoài việc phát triển và xử lý dữ liệu cho một công ty phát triển local.

Với quyết định về cách phân tích dữ liệu, giai đoạn tiếp theo sẽ giải quyết dữ liệu nào sẽ được thu thập từ các máy. Một thế hệ ý tưởng nội bộ đã được tổ chức để xác định dữ liệu nào sẽ có giá trị cho công ty và làm thế nào chúng có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho khách hàng.

Trong tổng số 9 tùy chọn dịch vụ mới đã được xác định có thể được cung cấp do kết quả của dữ liệu được thu thập. Những dịch vụ mới này có thể làm tăng sự hài lòng của khách hàng đối với máy. 9 dịch vụ mới được xác định khi bắt đầu phát triển sản phẩm. Điều này có nghĩa là các mẫu được phân tích trong việc sử dụng máy, vv có thể cung cấp các dịch vụ bổ sung.

Nếu việc phát triển thu thập dữ liệu tiếp tục, có thể nhiều dịch vụ có thể được cung cấp theo thời gian. Mô hình kinh doanh mới đã được hình dung bằng cách sử dụng công cụ Đổi mới mô hình kinh doanh  IoT ở hình trên. Mô hình này đã được sử dụng để mô tả các lĩnh vực mới cho công ty liên doanh co-creation value, bao gồm các đối tác mới và các lớp phát triển  IoT trong công ty.

Nguồn từ Tác giả : Nicklas V. Rasmussen . Dept. of Business Development and Technology

Aarhus Universitym Herning, Denmar