Container 4.0:slim transport op volle zee

Wereldwijd wordt een derde van al het voedsel bedorven voordat het de consument bereikt. Volgens de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties komt dat neer op 1,3 miljard ton. Een aanzienlijk deel hiervan is te wijten aan kwaliteitsverlies van de goederen tijdens het transport. In ontwikkelingslanden gaat maar liefst 40 procent van het voedsel verloren terwijl het wordt vervoerd.

Daar zijn verschillende redenen voor, zoals variabele oogstomstandigheden, de tijd van oogst tot afkoeling of lokale temperatuurafwijkingen in gekoelde containers of op voertuigen. Deze kunnen allemaal de kwaliteit van vers voedsel in gevaar brengen.

Het goede nieuws is dat aanvullende monitoring van de kwaliteit van goederen niet alleen het oplossen van deze problemen mogelijk maakt, maar ook volledig nieuwe mogelijkheden opent voor transportbeheer en opslag. Het integreren van dergelijke ideeën in logistieke processen is het doel van een consortium bestaande uit 22 partners uit de industrie en onderzoek en gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF). De taak is om zeecontainers slim te maken, wat op zijn beurt afhangt van het ontwikkelen en testen van geschikte sensortechnologieën. Ik ben betrokken geweest bij dit project om Bosch IoT-middleware in te zetten en in het volgende artikel wil ik u inzicht geven in ons werk.

Oplossingsaanpak en implementatie:communicatie van schip naar wal mogelijk maken

Vanaf het begin was duidelijk dat als we een container slim en autonoom wilden maken, we een aantal technische hordes zouden moeten nemen. In samenwerking met DOLE hebben we drie slimme containertesten uitgevoerd gericht op het monitoren en daaropvolgende rijping van bananen. De bananen werden verpakt in Costa Rica en een deel van de verpakkingsdozen was uitgerust met draadloze sensoren. Nadat 20 pallets in de slimme container waren geladen, begon de monitoring op afstand. De bananen werden vervolgens per vrachtwagen naar de haven gebracht (ongeveer vier uur), waarna ze twee volle weken over zee naar Antwerpen werden vervoerd. Gedurende deze tijd waren we in staat om op afstand de instellingen van het setpoint en de ventilatiesnelheid van de verse lucht aan te passen. Bij aankomst werd de container per vrachtwagen vervoerd van Antwerpen naar Hamburg (één dag).

De term 3G staat voor de derde generatie draadloze mobiele telecommunicatietechnologie. Vergeleken met de vorige generaties wordt het gekenmerkt door snellere internetprestaties.

Om toegang op afstand tot de container tot stand te brengen, moesten we de voorheen beperkte communicatie van de container terug naar het land optimaliseren. Tot nu toe was communicatie alleen mogelijk via 3G als de container op de vrachtwagen zat – of via satelliet als de container op zee was. Er was geen beschikbare bandbreedte voor een cloudverbinding. Dus hebben we een vrachtbewakingseenheid (FSU) ontwikkeld en op de container gezet. Deze unit is ontworpen om een ​​interface te creëren tussen een intern sensornetwerk en externe communicatie. Tegelijkertijd biedt de FSU een flexibel uitbreidbaar platform voor het beoordelen van eventuele gebreken aan de goederen en de omstandigheden waarin deze worden vervoerd. We kunnen op afstand een softwarebundel uploaden met een op maat gemaakt houdbaarheidsmodel of beslissingsondersteunende tool die past bij het soort goederen dat ermee gemoeid is.

IoT-toepassing:gebruik van temperatuur- en ethyleensensoren

We namen het JAVA-softwareplatform (bestaande uit het OSGi-framework van Bosch.IO en de Jamaica Virtual Machine van AICAS) en maakten de nodige aanpassingen om het met het doelsysteem te laten werken. We hebben de functionaliteit van het communicatiesysteem kunnen testen tijdens verschillende proefvaarten per schip en vrachtwagen op de route van Puerto Rico naar Hamburg. Om de exacte houdbaarheid van de bananen vast te stellen, moeten we de temperatuur in de verpakking meten, dat wil zeggen in de verpakkingsdozen en pallets. Er moeten minimaal 10 tot 20 meetpunten zijn om lokale temperatuurafwijkingen te kunnen registreren. Om betrouwbare communicatie te garanderen, moeten we ook gegevens over meerdere hops tussen de lucht- en vochtbestendige sensoren doorsturen. Op deze manier kunnen we de koeling van de bananen controleren. Bij 11 graden, wat een geschikte temperatuur is voor het fruit, hebben we groen licht. Zodra de temperatuur verandert, wordt er op afstand ingegrepen en wordt er een alarm verzonden. Het noodsignaal wordt naar de backend gestuurd en de klant (in dit geval DOLE) kan direct worden geïnformeerd.

Sensoren in verpakkingsdozen bewaken de omstandigheden en laten deze indien nodig tijdig bijsturen.

IoT-projectvoordelen

De klant heeft er nu baat bij snel te kunnen reageren en bij kwaliteitsverlies tijdig nieuwe goederen te kunnen bestellen. Voorheen ontdekten klanten pas dat ze onbruikbare goederen hadden als de zending in de haven was aangekomen. Logistieke processen worden daardoor minder foutgevoelig en veel wendbaarder. Voordat containers werden uitgerust met sensoren, ging het vaak tot 30 procent van de goederen verloren. In slimme containers is het verliespercentage slechts 20 procent. De voordelen zijn dat de kwaliteit van goederen voortdurend wordt gecontroleerd en dus verbeterd, verliezen worden verminderd en een wendbaar logistiek proces wordt gecreëerd.

Metingen van de draadloze sensoren werden dagelijks via satelliet verzonden. De eerste schatting van groene levensduur, ademhalingswarmte en koelefficiëntie werd berekend na drie dagen. Als er later een correctie nodig was, werden de nieuwe waarden direct verstuurd, zeker als bleek dat de goederen gevaar liepen. Zodra er in de buurt van de haven een mobiel netwerk beschikbaar kwam, konden de volledige gegevens via een webinterface worden ontsloten.

Sensoren die waarde toevoegen aan IoT-toepassingen

Ethyleen is een koolwaterstof, een kleurloos ontvlambaar gas, dat veel wordt gebruikt in de chemische industrie. Het is ook een belangrijk natuurlijk plantenhormoon dat in de landbouw wordt gebruikt om de rijping van fruit te bevorderen.

Naast temperatuurbewaking hebben we ook ethyleensensortechnologie ontwikkeld. Wanneer climacterische vruchten worden blootgesteld aan een bepaalde concentratie ethyleen, beginnen ze te rijpen. Zodra ze rijpen, produceren ze op hun beurt ethyleen. Tegelijkertijd hangt de hoeveelheid ethyleen die de vruchten in dit proces uitstoten af ​​van hun rijpheidsniveau - en is daarom van fundamenteel belang voor het bewaken van hun kwaliteit. In de loop van dit project werd het direct meten van de ethyleenconcentratie mogelijk.

Door zeecontainers uit te rusten met sensoren kunnen we niet alleen preciezer zijn over de locatie van goederen, maar ook monitoren en evalueren in welke staat ze zich bevinden. We denken aan een vervolgproject waarbij het hele logistieke proces – van het laden van de container naar de supermarkt levering. Het idee is om in samenwerking met havenoperatoren en logistieke dienstverleners nieuwe diensten aan te bieden. Daartoe moeten goederen zelf onderdeel worden van het internet der dingen. Als zodanig zullen ze informatie doorgeven aan alle systemen en processtappen en een integraal onderdeel worden van elke processtap. Op hun beurt kunnen ze volledig worden opgenomen in de processtructuren van een bedrijf zonder extra handmatige tussenkomst om goederen aan hun omgeving aan te passen. Elk structureel niveau binnen een heel systeem moet aan deze vereisten kunnen voldoen - van sensortechnologie, communicatiegateways, cloudgebaseerd apparaatbeheer tot de bedrijfsprocessen van bedrijven.

Industrie 4.0 wordt al geassocieerd met voortgaande digitalisering en de aansluiting van industriële productie op moderne informatie- en communicatietechnologie. Nu, als onderdeel van Logistiek 4.0, openen deze zelfde factoren ook volledig nieuwe kansen en enorm potentieel in zeetransport langs de hele waardeketen.