Digitale Zwillinge im Behältermanagement

Was Apollo 13 und die Logistik gemeinsam haben

Der digitale Zwilling ist vor allem als Methode bekannt, den Verschleiss von Maschinen frühzeitig zu erkennen (Predictive Maintenance). Doch auch in der Logistik eröffnen sich vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, methodisch nicht unähnlich einer bekannten Erfolgsgeschichte der NASA.

Im April 1970 schickte die NASA die Astronauten Jim Lovell, Jack Swigert und Fred Haise auf die dritte Landungsmission zum Mond. Zwei Tage nach dem Start und mehr als 320‘000 Kilometer von der Erde entfernt geschah das Unvorstellbare: Eine Explosion erschütterte die Apollo 13. Sauerstoff und Energie begannen auszugehen. Dies war der Moment, als die Besatzung ihren berühmten Funkspruch an die Erde sandte: «Houston, wir haben ein Problem.»

Vom physischen zum digitalen Zwilling

Die Ingenieure der NASA lösten das Problem, indem sie eine Kopie der auf dem Raumschiff dringend benötigten Komponente entwickelten, die nur aus Teilen bestand, die den Astronauten in ihrer Kapsel tatsächlich zur Verfügung standen. Man könnte sagen, sie ersannen einen «physischen Zwilling». Fast 50 Jahre später ermöglichen digitale Technologien in vielen Branchen eine ähnliche Spiegelung ihrer weitverzweigten operativen Prozesse. Sie verschaffen sich damit ebenfalls einen Überblick über Probleme und Herausforderungen, die sich an weit entfernten Orten abspielen, etwa an Kundenstandorten.

Kontrolle über weite Entfernungen

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell eines physischen Vermögenswertes, eines Prozesses, oder Systems. Dabei könnte es sich um einen verspäteten Lkw handeln oder um einen beschädigten Container. Wenn sich an deren Zustand etwas verändert, übernimmt der digitale Zwilling diese Änderungen in Echtzeit. Ziel dieser virtuellen Spiegelung im digitalen Zwilling ist es, Probleme einzudämmen, bevor sie auftreten oder Schaden anrichten, Verluste von Ladungsträgern zu verhindern und sogar die nächsten operativen Schritte mit Hilfe von Simulationen zu planen.

Seit Apollo 13 hat die Sensoren-Technologie dramatische Fortschritte gemacht. Sie sind nicht nur kleiner, günstiger und leistungsfähiger als je zuvor, sondern seit dem Internet der Dinge (IoT) auch miteinander verbunden. Ähnliches gilt für IT-Systeme: Für viele Unternehmen ist es finanziell leicht machbar, eine digitale Zwillingsmodellierung ihres Behälter-Pools zu beauftragen und mittels GPS, Telematik, Barcodes und RFID in Echtzeit zu überwachen, auch wenn dieser Pool aus fünf Millionen Kunststoffkisten besteht.

Beispiele für angewandte digitale Zwillinge im Behältermanagement 

Beispiele für angewandte digitale Zwillinge im Behältermanagement sind die 250‘000 Rollkäfige von DHL und Hapag-Lloyds 100‘000 Reefer, die ab Sommer 2019 mit IoT-Überwachungstechnologie ausgestattet werden sollten. Tatsächlich eignet sich das Behältermanagement ganz besonders für diese Art der Anwendung, denn die Ladungsträger sind gewöhnlich über weite Strecken und viele Standorte verteilt. Probleme werden erst erkannt, wenn eine Lieferung am Zielort eingetroffen ist.

Möglicherweise sind Lebensmittel wegen falscher Temperatureinstellungen im Container verdorben. Die genaue Ursache ist oft schwer festzustellen. Darüber hinaus können die Pool-Manager meistens nur hoffen kann, dass jeder Ladungsträger zur richtigen Zeit am richtigen Ort ankommt, weil es in der Regel keine Transparenz über den Pool gibt. Die Behälter werden von verschiedenen Parteien entlang der Lieferkette bewegt. Einige gehen sogar verloren.

Wie der digitale Zwilling Mehrwerte schafft

Es herrscht hektischer Betriebsalltag, ein Ladungsträger wird von einem unaufmerksamen Mitarbeiter fallen gelassen. Die empfindliche Ware darin wird beschädigt. Die am Ladungsträger angebrachten Sensoren zeichnen die Erschütterung auf und liefern dem digitalen Zwilling Informationen über die grobe Behandlung sowie GPS-Daten. Dies ermöglicht den Verantwortlichen festzustellen, wo und wann es zu dem Schaden kam und wer sich dafür verantwortlich zeichnet.

Nun kann zeitnah Ersatz beschafft werden und es können Lösungen erarbeitet werden, künftige Fälle wie diesen zu vermeiden. Wenn der digitale Zwilling eine kritische Menge an Feuchtigkeit im Inneren eines Containers meldet, kann der Ladungsträgermanager sofort Massnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass die Waren im Inneren in einwandfreiem Zustand ankommen werden. Dank der Fähigkeit, Beschädigungen sofort zu erkennen, lassen sich auch die Lebensdauer der Ladungsträger verlängern und damit Kosten einsparen. Die genauen und aktuellen Daten werden dazu im digitalen Zwilling automatisch gespeichert und visualisiert.

Das Raumschiff schlingerte im All und drohte sich weiter von der Erde zu entfernen. Sollte er sofort die Raketen zünden und Apollo 13 auf den direkten Rückweg senden oder die Kapsel den Mond erst umrunden lassen, um Schwung zu holen? 

Houston, wir haben ein Problem

Der NASA-Flugdirektor Gene Kranz war Teil des Teams, das die Crew der Apollo 13 sicher nach Hause gebracht hat. Bekannt für seinen flachen Haarschnitt und seine weisse Weste war Kranz auch Autor des Buches «Failure Is Not An Option». Darin berichtet er über die Einzelheiten seiner Mission. Eine der kritischsten Entscheidungen, die er zu treffen hatte, war die Wahl zwischen zwei möglichen Varianten des Rücktransports. Das Raumschiff schlingerte im All und drohte sich weiter von der Erde zu entfernen. Sollte er sofort die Raketen zünden und Apollo 13 auf den direkten Rückweg senden oder die Kapsel den Mond erst umrunden lassen, um Schwung zu holen? Kranz entschied sich für die zweite, längere Route und brachte Apollo 13 damit sicher nach Hause.

Endlose Anzahl möglicher Entscheidungen in Echtzeit zu analysieren

Ähnlich erweist sich die zentralisierte Planung und Disposition aller Vermögenswerte innerhalb des Ladungsträger-Pools als weiteres Schlüsselelement der digitalen Zwillingstechnologie. Modernste Planungstools verwenden Algorithmen und künstliche Intelligenz, um die Daten des digitalen Zwillings und die endlose Anzahl von möglichen operativen Entscheidungen in Echtzeit zu analysieren. Wie viele Behälter braucht es wann wo? Muss Ersatz geordert werden? Wie würde sich ein spontan eingeschobener Eilauftrag auf das Gesamtnetz der Behälterbewegungen auswirken? Nicht jede Entscheidung lässt sich auf den ersten Blick intuitiv nachvollziehen, da das System aus einer Art Vogelperspektive immer die gesamte Prozesskette «im Auge hat». In der Automobilindustrie beispielsweise sind die Lieferketten mehrerer OEMs über ihre Zulieferer und Spediteure miteinander verbunden. Hier bietet die Zusammenarbeit ein grosses Potenzial zur Kostensenkung.

Wie das NASA-Einsatzteam vor Ort in Houston entwickeln Algorithmen situativ wirkungsvolle Pläne.

Optimierte Planung dank intelligenter Systeme

Eine intelligente, schnelle und interaktive Software schlägt Pläne vor, die die Kosten reduzieren und die Servicequalität erhöhen – optimiert nach vorher definierten Geschäftskriterien. Oft lassen sich dadurch sogar mehr Güter mit weniger Behältern bewegen oder die Anzahl der Durchläufe pro Behälter erhöhen. Wie das NASA-Einsatzteam vor Ort in Houston entwickeln Algorithmen situativ wirkungsvolle Pläne und schlagen Vorgehensweisen vor, die bei unvorhersehbaren Ereignissen mit den real verfügbaren Ressourcen und Kapazitäten umsetzbar sind.

Verzögert sich beispielsweise der Leergut-Transport an ein Unternehmen, das dieses Leergut dringend benötigt, melden die Leergut-Behälter diese Verzögerung an ihren digitalen Zwilling. In solch einer Situation müssen Mitarbeiter oft unter Zeitdruck weitreichende, komplexe Entscheidungen treffen, um das Problem zu lösen. Wird der Behälter-Pool aber durch eine entsprechende Software verwaltet, reagiert diese proaktiv mit möglichen Dispositionsvorschlägen, um Engpässe zu vermeiden und die Ware pünktlich zu liefern.

Und die Zukunft des digitalen Zwillings?

Die genannten Möglichkeiten des digitalen Zwillings, künstlicher Intelligenz und algorithmischer Optimierung sind bereits Realität. Doch so wie auch die NASA nach immer weiteren Möglichkeiten sucht, den Weltraum zu erforschen, ist auch in der Logistikbranche das Ende der Fahnenstange der Innovationen noch lange nicht erreicht.

Zweifelsohne kann 5G die Kommunikation zwischen Sensoren noch deutlich verbessern und 3D-Drucker für Ladungsträger könnten zu einem alltäglichen Anblick werden. Data Science und Sensoren haben das Potenzial, Ladungsträger zu autonom agierenden Werkzeugen zu transformieren. Sie könnten dann auf noch vielfältigere Weise mit ihrer Umgebung interagieren. Man stelle sich vor, wie viel Informationen in einer AR-Brille dargestellt werden könnten, wenn man damit einen Behälter betrachtet.