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Der Transportprozess in der IoT-Welt

Draußen in der Wildnis von Alaska sorgen IoT-Technologien für den sicheren Transport von Gütern und Dienstleistungen entlang einer der härtesten Autobahnstrecken der Vereinigten Staaten. Das Alaska Department of Transportation und Public Services haben bisher Cisco-Lösungen eingesetzt, um hochsichere Funk-, Kanal- und Medienressourcen zu verwalten, die Abfertigung zu koordinieren und Netzwerkverbindungen für die Straßen bereitzustellen. Die Implementierung ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Notfallsituationen, verbesserte Sicherheit und wesentlich effizienteres Gerätemanagement und gute Instandhaltung.

Abb. 1: In der Wildnis von Alaska sorgen IoT-Technologien für den sicheren Warenverkehr Bild über Getty

Auch wenn dies eine extreme Umgebung ist, spielt das IoT eine zunehmend wichtige Rolle in Transportsystemen aller Art – zur See und in der Luft sowie auf Schiene und Straße – auf der ganzen Welt. Diese Fortschritte ermöglichen den Transportbranchen, mit ihren herstellenden Kunden Schritt zu halten; andere Artikel über den IoT-Hub haben gezeigt, wie Produktivität, Wettbewerbsfähigkeit und Entscheidungsfreiheit in Werken und Warenlagern durch die sich entwickelnden Sensor-, Netzwerk- und Cloud-Technologien mit IoT gesteigert werden.

Wenn also moderne Fertigung die Unterstützung von modernem Transport benötigt, wie stellt sich dann die Transportbranche der Herausforderung? Was sind die Bauelemente eines Transportsystems, wie können sie durch IoT verändert werden und wo entstehen die Vorteile? Im Folgenden untersuchen wir diese Fragen und ihre Antworten.

Wenn wir uns auf Straßentransportsysteme konzentrieren, können wir spezifischer auf die Herausforderungen und potenziellen Vorteile eingehen – beide sind riesig, denn im vergangenen Jahr erreicht der US-Güterkraftverkehr 676 Mrd. US-Dollar Umsatz, im Vergleich dazu erreichten Apple, Amazon und Google zusammen 442 Mrd. US-Dollar. Zu den Problemen, vor denen diese riesige Branche steht, zählen ein Mangel an Fahrern, steigende Kosten für Ausfallzeiten aufgrund von Pannen oder Unfällen, Diebstahl von Fahrzeugen oder Ladungen, Betriebseffizienz und steigende Nachfrage nach Echtzeitinformationen zum Frachtstatus. Dazu zählt nicht nur die geographische Lage der Ladung, sondern gehören auch die Details darüber, welche Artikel in einer Sendung enthalten sind. Wenn die Sendung verderbliche Lebensmittel oder pharmazeutische Waren beinhaltet, sind darüber hinaus frühe Informationen über etwaige Kühl- oder andere Umweltbelange erforderlich, damit sie gelöst werden können, bevor wertvolle und möglicherweise unersetzbare Waren zerstört werden.

Diese Probleme werden für große und internationale Versandunternehmen immer komplexer, da diese fragmentiert und entlang der Route viele verschiedene Transportunternehmen, Warenlager und Fahrzeuge involviert sind. Dementsprechend betrachten wir die Herausforderungen eines großen oder internationalen Unternehmens und eine mögliche IoT-basierte Lösung, nachdem wir uns die oben genannten Probleme näher angeschaut haben.

Lkw-Fahrerassistenz

Einige dieser Probleme könnten durch eine verstärkte Automatisierung der Lkw-Fahrerassistenz gelöst werden, d. h. zunehmende Fahrerassistenz oder schließlich die Beseitigung der Notwendigkeit eines Fahrers. Obwohl die Kosten für den Einsatz von Automatisierung zum Erreichen intelligenter Lkw-Transporte hoch wären, wären sie wahrscheinlich im Vergleich zu den Jahreslöhnen der Fahrer wirtschaftlich. Während sich die Realität von Autobahnen mit selbstfahrenden Fahrzeugen etwas futuristisch anhört, gibt es bereits einige begrenzte Anwendungen. Der Bergbaukonzern Rio Tinto betreibt seit 2008 in einer abgelegenen Region in Westaustralien automatisierte Flotten mit großen Lkws und senkt so seine Fracht- und Transportkosten um rund 13 %. Erforderliche Pausen, Fehlzeiten, Kosten für Schichtwechsel und Mahlzeiten entfallen, während das Entfernen von Personen aus der Minenumgebung die Sicherheit erhöht.

Abb. 2: Rio Tinto betreibt seit 2008 automatisierte Flotten – Bild über Getty

Lkw-Konvois bieten eine weitere Möglichkeit zum autonomen Fahren. Der Fahrer des ersten Fahrzeugs behält die Kontrolle über alle Lenkfunktionen und gibt das Tempo vor. Fahrer in den folgenden Lkws haben keine Lenkung, Beschleunigung oder Bremskontrolle und werden technisch möglicherweise nicht benötigt, wenn der Konvoi unterwegs ist. Das System reduziert Unfallraten und kann den Kraftstoffverbrauch um ca. 15 % senken. Der Straßenraum wird besser genutzt und die Kohlenstoffemissionen werden gesenkt.

Ein erfolgreich getesteter Konvoi wurde von einem Volvo-Lkw in Barcelona, Spanien, angeführt. Der Fahrer hatte Lenkfunktionen für die vier folgenden Fahrzeuge. Der Weg zur Vollautomatisierung wird über Zwischenschritte gehen; Experimente sind schon im Gange.

Autonomes Fahren könnte die Zahl der Verkehrsunfälle mit Lkw reduzieren; solche Unfälle können Kosten von Hunderttausenden Dollar pro Unfall oder sogar Millionen bei Todesfällen verursachen. Auch der Mangel an Lastwagenfahrern würde beseitigt werden; die American Trucking Association schätzt, dass die USA 2015 mit einer Unterdeckung von 48.000 Fahrern konfrontiert waren und dies bis 2024 auf möglicherweise 175.000 ansteigen könnte.

Während eine zunehmende Automatisierung der Fahrfunktion Vorteile bringen könnte, gibt es viel, was das IoT durch Erkennen, Sammeln, Analysieren und Warnen von Benutzern an Ereignissen in Fahrzeugen auf jedem Automatisierungsgrad erreichen kann. In zunehmendem Maße sind Lastkraftwagen mit Sensoren ausgestattet, die das Motorverhalten, das Fahrerverhalten, den Beladungszustand und den Standort des Fahrzeugs überwachen. Viele verschiedene Systemintegratoren verwenden Daten von diesen Sensoren zusammen mit einer Cloud-basierten Analyse, um umsetzbare Informationen für Flottenbetreiber zu generieren.

Nachverfolgung der nächsten Generation

Im Jahr 2012 verzeichnete FreightWatch 946 Ladungsdiebstähle in Amerika und 689 in Europa; Aktivitäten, die Spediteure Milliarden Dollar jedes Jahr an Bestandsverspätungen sowie Kosten für gestohlene Waren kosten. Blackberry Radar ist ein System, mit dem Betreiber dieses Problem bekämpfen können:

Liefert nahezu in Echtzeit den Standort von Anhängern und Containern an ein Portal, das überall auf jedem Smartphone, Tablet oder Computer angezeigt werden kann.
Basiert auf einem Asset-Tracking-Gerät, das einfach auf einem Trailer installiert werden kann.
Identifizieren, wo sich Vermögenswerte befinden, wie sie verwendet werden, erkennen und verhindern von Möglichkeiten zum Diebstahl und Effizienzminderungen
Erkennen, wenn ein Lkw einen benutzerdefinierten Geofence passiert oder eine Anhängerklappe geöffnet oder geschlossen wurde
Überwacht Temperatur, Feuchtigkeit und Ladung, um Probleme zu erkennen, die die Integrität der Fracht gefährden könnten
Benachrichtigt Lagerangestellte über bevorstehende Ankunft, damit diese entsprechend planen können
Sicherheit ist gewährleistet, da alle übertragenen Daten verschlüsselt und alle Geräte und Cloud-Endpunkte authentifiziert sind
Keine teure IT-Infrastruktur erforderlich, da das System Cloud-basiert ist
Andere Systeme können die Sicherheit auch durch Überwachen von Türsensoren, zuverlässiger Zwei-Wege-Kommunikation und Paniktasten verbessern und durch Erkennen von Störsenderaktivität für das GPS- und GSM-Signal eine Entführung verhindern. GPS-Informationen können auch verwendet werden, um gestohlene Fahrzeuge zu verfolgen.

Ebenso bietet DHL einige SmartSensor-Produkte an; SmartSensor RFID ist ein passives UHF-RFID-Gerät, das Temperaturen während des Transports misst. Ihre Daten können jederzeit und überall über das DHL-Portal im Nachhinein ausgewertet werden. Die pharmazeutischen Vorschriften EU-GMP Anhang 11, US 21 CFR Teil 11 und EU-GDP werden erfüllt.

SmartSensor GSM misst Temperatur-, Feuchtigkeits-, Schock- und Lichtdaten (Türöffnung) und erkennt den Standort während des Transports. Die Daten werden über das GSM-Mobilfunknetz auf das Webportal von DHL für eine Datenanalyse nahezu in Echtzeit-hochgeladen.

Übergang von der präventiven zur vorausschauenden Wartung

Neben der Überwachung von Frachtbewegungen und -bedingungen unterstützt das IoT Flottenbetreiber, die Betriebszeit von Lkws zu verbessern, indem die Fahrzeuge vorausschauend statt präventiv gewartet werden. International Truck hat ein Programm namens OnCommand Connection auf den Markt gebracht, das Big Data- und IoT-Technologien nutzt, um die Unterbrechung von Lkw-Diensten zu minimieren. Jeder seit Sommer 2015 gebaute IT-Truck verfügt über eine Telematikoption, die in den Motor eingesteckt wird und Daten von anderen Bauelementen im Lkw-System liest.

Überwacht Motordrehzahl, Lkw-Geschwindigkeit, Kühlmitteltemperatur, Bremsenverschleiß und andere Variablen
Daten werden in Intervallen von 15 bis 60 Sekunden erfasst und über Funknetzwerke (meist) an ein Amazon Web Services-Repository für den Zugriff durch IT und ihre Kunden übertragen.
Die Daten werden dann in einen Hadoop-Cluster geladen, wo sie mit maschinellen Lernalgorithmen in Python, R und SAS zur analysiert werden.
Analyseergebnisse helfen TI, ihre eigenen internen Testmechanismen zu verbessern und Kunden für vorausschauende Wartungsaktivitäten zu gewinnen.
Der Hadoop-Cluster wird 1 Petabyte an Daten übersteigen, wenn mehr als 200.000 Lkw unterstützt werden.
Kann vorhersagen, wie verschiedene Lastwagenkonfigurationen und Teilekombinationen – wobei etwa 20.000 Möglichkeiten bestehen – in der realen Welt miteinander reagieren, und Warnungen erzeugen, wenn diese Vorhersagen und Sensoreingänge einen latenten Fehler anzeigen.
Vorausschauende Wartung verkürzt Ausfallzeiten, was wichtig ist, da jeder Tag, an dem ein Lkw nicht auf der Straße ist, bis zu $ 1.000 an verlorenem Umsatz kosten kann

Achten auf die Fahrer und Einhalten der Vorschriften

Fahrer können als Komponenten eines Lkw-Systems angesehen werden, genauso wie der Motor, die Bremsen und die Ladung. So können sie und die Betreiber gleichermaßen von Überwachung, Feedback und Verbesserungsempfehlungen profitieren.

Dispatcher können die Kraftstoffeffizienz in Echtzeit überwachen: bremsen oder beschleunigen die Fahrer zu stark?
Empfehlen einer optimalen Geschwindigkeit für eine Route
Verfolgen von Fahrerrouten, Lade- und Entladezeiten
Verwalten der Einhaltung der Betriebsbereitschafft
Ein System kann intelligenter werden, wenn es Feedback erhält, und so besser in der Lage ist, über Straßenbedingungen, Ladedocks, Wetterbedingungen und andere Faktoren, die einen Lieferplan beeinflussen könnten, zu unterrichten
Elektronische Aufzeichnungsgeräte (ELDs): der Federal Motor Carrier Safety Administrator (FMCSA), der für die Regelung und Bereitstellung der Sicherheitsüberwachung von Nutzfahrzeugen zuständig ist, schreibt vor, dass US-amerikanische Lkw-Fahrer ein ELD verwenden müssen. Dieses sammelt Informationen zu Standort, Datum, Uhrzeit, Fahrzeug und Fahrer-ID, Motorleistungsstatus, Fahrzeugbewegungsstatus, gefahrenen Kilometern und Betriebsstunden des Motors.
ELDs können mit Smartphones gekoppelt werden, um gesammelte Informationen zu speichern und zu sichern; dies erleichtert die organisierte und systematische Datenerfassung.
Die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften wird durch eine genaue Datenerfassung von Betriebsbereitschaft (HOS) und Fahrzeugwartung gewährleistet
Fahrer mögen diese Geräte, da sie nicht mehr stundenlang brauchen, um die Papierlogbücher zu vervollständigen, um die Bestimmungen zur Betriebsbereitschaft einzuhalten. ELD-Beweise können Fahrer im Falle eines umstrittenen Vorfalls entlasten.
Mit ELD-Daten kann auch das Übermüdungsrisiko des Fahrers modelliert werden. Vorhersagemodelle nutzen Tausende von Datenpunkten, um ein genaues Bild vom Verhalten eines Fahrers zu erhalten und eine Möglichkeit zur Behebung zu bieten.

Verwenden der verbundenen Frachttechnologie, um eine zuverlässige und sichtbare globale Versandlösung zu bieten

Zu internationalen und anderen großen Frachtversandvorgängen können Transit durch viele verschiedene Betreiber, Fahrzeuge und Wegstationen gehören. Es gibt viele Möglichkeiten für Fehler, wenn sich Menschen auf dem Gebiet nicht wie erwartet verhalten – wenn sie zum Beispiel ein Paket nach dem Scannen in den falschen Lkw packen. Das Zentralsystem hat keinen genauen Blick mehr auf das, was wirklich passiert. Dies wird verschärft, da die Fracht wahrscheinlich durch ein komplexes, fragmentiertes Geflecht von Wegpunkten oder Lagern unterwegs ist, die verschiedenen Dienstanbietern entlang der Route gehören.

Herkömmliche Implementierungen zur Nachverfolgung haben versucht, dieses Szenario mit effizienteren Systemen zu verbessern, aber die IoT-Technologie ermöglicht jetzt einen neueren und vollständig besseren Ansatz. Intel zum Beispiel hat ein globales System entwickelt, das darauf basiert, Frachtverkehr intelligent zu machen. Dies basiert auf intelligenten Sensoren, die an jeder Box oder jedem Element angebracht sind und Daten über mobile Gateways im Fahrzeug oder feste Gateways innerhalb von Wegpunkten an eine zentrale oder Cloud-Ressource zurückgeben können.

Frachtbeteiligte erhalten eine einheitliche, kohärente Sicht auf den Frachtstatus, während sie sich durch das System bewegt.
Echtzeit-Versandinformationen können sowohl an bestehende Systeme als auch an neue Big Data-Analysesysteme übermittelt werden, sodass Kunden während des Transports auf Versandinformationen zugreifen können.
Temperatur- und Beschleunigungssensoren ermöglichen Kunden, die Frachtbedingungen zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Dies kann bedeuten, dass die Umgebung im Versandcontainer geändert oder die Fracht an ein anderes Ziel umgeleitet wird.
Die erfassten Daten können auch längerfristige Sichtbarkeit und Planung erleichtern

Abb. 3: Intelligentes Frachtsystem von Intel – Bild über Intel

Die Intel IoT-Plattform ist eine Referenzarchitektur für die Verbindung von Frachtverfolgungstechnologie mit Gateways, die über eine API-Firewall mit dem alten Datenanalyse- und -verwaltungssystem eines Kunden kommunizieren. Es umfasst die folgenden Bauelemente:

Intelligente Sensoren: Sensoren mit integriertem Prozessor, Speicher und drahtlosen Kommunikationsfunktionen, die an Pakete angefügt werden
Gateways: Mobile, batteriebetriebene Geräte, die Transitladungen begleiten, und feste Wegpunktversionen, die mit Paketen verknüpft sind, die empfangen wurden und/oder noch versandt werden. Verwaltet durch eine Anwendung, die speziell für die Annahme und Bereitstellung von Versandparametern entwickelt wurde, einschließlich Betriebssystem und anwendbaren Paketen für Sicherheit, Verwaltbarkeit und lokale Analysen.
Konfigurator: Cloud-Anwendung, die mit Kunden-Apps eine Schnittstelle bildet, um Konfigurationsparameter für jede Ladung zu erstellen, einschließlich Parameteranpassungen.
Statusabgleichmodul: Cloud-Anwendung, die die Konsistenz zwischen Gateways und Abstraktionen verwaltet, die sich in den Betriebssystemen der Kunden befinden – Sendungen, Ladungen und Wegpunkte.
Verrechnungsstelle: Cloud-Anwendung, die die Kommunikation zwischen Gateways und Kundenanwendungen verwaltet – Legat, Logistik und Betrieb; eingehende periodische Ereignisse und azyklische Ereignisse, die hier zum Austausch mit Kundensystemen empfangen werden; ausgehende Zustandsänderungen und Methodenaufrufe werden durch die Verrechnungsstelle zur Übertragung an Gateways empfangen.
Software Development Kits (SDKs): Tools für Kunden, die neue Betriebssysteme entwickeln, um die Vorwärtskompatibilität mit Funktionserweiterungen für Gateway, Verrechnungsstelle, Konfigurator und Statusabgleichmodul sicherzustellen.

Zusammenfassung

Der Frachttransport, vor allem von verderblichen Gütern, kann komplex und schwer zu managen sein, und unerwünschte Ereignisse können sich auf Fahrer, Fahrzeuge und Fracht auswirken. In diesem Artikel haben wir gesehen, wie die Kontroll- und Überwachungsfunktionen des IoT diese Probleme lindern können. Eine Roadmap für automatisierte und sogar vollständig fahrerlose Fahrzeuge wurde erstellt, die in einigen Implementierungen bereits Realität sind. Auch die Fahrer sehen den Vorteil, dass sie die Einhaltung einfacher und mit weniger Bürokratie erfüllen können.

Mithilfe von IoT-Netzwerken aus kostengünstigen, robusten Funksensoren und mobilen Gateways wird die Verfolgung von Fracht einfacher und zuverlässiger. Sensorgesteuerte Frachtstücke können mit zentralen Kontrollstationen kommunizieren. Betreiber können in Echtzeit sehen, wo sich die Fracht befindet und welchen Zustand sie hat, statt sich auf indirekte, verzögerte und möglicherweise falsche Informationen von Scannern und manuellen Dateneingabegeräten zu verlassen.

Die Vorteile der Nutzung der IoT-Technologie auf diese Weise sind zahlreich. Kosten durch Kraftstoffverschwendung, Ausfallzeiten von Lkws, Fahrerprobleme und verdorbene Fracht können vermieden werden, während Gewinne verbessert werden, indem Güter zu alternativen Zielen umgeleitet werden, wenn sich während des Transports Absatzchancen ergeben.