Real-Time-Überwachungstechnologie

Überwachungstechnologien, die realtime funktionieren, gibt es noch nicht lange. Aber in der kurzen Zeit ihres Bestehens hat es bereits grosse Veränderungen und Verbesserungen bewirkt. Und da der Markt weiterhin nach Innovationen verlangt, wird es noch weiter ausgereift werden und noch mehr optimieren.

Echtzeit-Überwachungstechnologie

Die Geschichte der Real-Time-Temperaturlogger

In der modernen Logistikwelt wurde die Sendungsverfolgung von Lastwagen, Schiffen und Containern in Real-Time mit der internationalen Einführung des GSM-Netzes (Global System for Mobile Communications) populär. Die ersten Geräte arbeiteten in einem öffentlichen Netz. Doch bei der Nutzung des GSM-Netzes (2G) gab es mehrere Probleme:

  • Hoher Batterieverbrauch, was zu sperrigen Geräten und kurzer Batterielebensdauer führte

  • Fehlende Standardisierung beim Roaming und bei der Handhabung von SIM-Karten

  • Fehlen eines internationalen Standards für die Zulassung bei Fluggesellschaften

Infolgedessen waren diese Geräte auf den lokalen LKW-Markt oder den maritimen Markt ausgerichtet und übermittelten Werte von See-Containern an eigene Antennen auf Schiffen. Eines der ersten Unternehmen, das einen echten internationalen Real-Time-Temperatur- und Standortverfolgungslogger auf den Markt brachte, war ein Frachtexpressunternehmen, das eine Flotte von Flugzeugen betreibt. Der Preis für ein Gerät lag bei mehr als 1.000 Dollar pro Gerät - ohne die Konnektivität und das Roaming miteingerechnet.

Spätere Geräte nutzten das 3G/4G-Netz, was eine erhebliche Verringerung des Batterieverbrauchs bedeutete. Mit Lithiumbatterien betrieben, erreichten sie eine Batterielebensdauer von 30 oder mehr Tagen. Um die Zulassung der Fluggesellschaften zu erhalten, mussten es Multisensorgeräte sein, die alle möglichen Parameter wie Druck, Beschleunigung und Licht überwachen. Die Verwendung von Lithiumbatterien (mit Ausnahme von Knopfzellen) stellte 2017 eine neue Hürde dar. Die International Air Transport Association (IATA) erliess eine Vorschrift, die die Anzahl der Lithiumzellen pro Handling Unit (HU) begrenzte, und verlangte die Deklaration jedes in einer Sendung verwendeten Datenloggersensors; damit ein weiterer Nachteil der Real-Time-Temperaturlogger.

Heute bieten Real-Time-Datenlogger eine längere Batterielebensdauer als früher, sind IATA-konform, verfolgen den Standort und nutzen 4G-LTE-Mobilfunknetze und die neue NB-IoT-Technologie. Das Internet der Dinge (IoT) ist ein Netzwerk aus physischen Objekten, die über das Internet Daten mit anderen Systemen und Geräten austauschen. Diese "Dinge" verwenden Sensoren, Software und andere Technologien, um Daten zu sammeln und über ein Netzwerk zu übertragen, ohne dass es eine Interaktion von "Mensch zu Mensch" oder "Mensch zu Computer" erforderlich macht.

Sind alle drahtlosen Technologien Teil des IoT?

Gemäss der obigen Definition müssen die Geräte in der Lage sein, Daten über ein Netz zu übertragen, ohne dass eine menschliche Interaktion erforderlich ist. Zwei Merkmale bestimmen den Erfüllungsgrad, ob eine Lösung zum IoT gehört:

1. Basiert die drahtlose Technologie auf einem proprietären oder einem Standardprotokoll? Ein proprietäres Protokoll hat Sicherheitsvorteile, bedeutet aber auch, dass eine Software erforderlich ist.

2. Verwendet das Antennennetz ein privates oder ein öffentliches Netz? Öffentliche Antennennetze haben den Vorteil, dass sie im Vergleich zu privaten Netzen eine viel grössere Reichweite aufweisen.

private vs. öffentliche Netzwerke

Vorteile der Real-Time-Überwachung für die Kühlkette

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Das Kommunikationsnetz-Glossar

Real-Time-Sendungsverfolgung sowie die Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung von temperatursensiblen Produkten ist ein sich schnell entwickelndes Geschäft. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten, müssen wir die neuen Kommunikationstechnologien und die neuen Begriffe verstehen. Beginnen wir damit, die aktuelle Terminologie und die Unterschiede zwischen den Kommunikationsnetzen kennenzulernen.

GPS

Das Global Positioning System (GPS), ursprünglich NAVSTAR GPS (Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System) genannt, ist ein satellitengestütztes System im Besitz der Regierung. GPS besteht immer aus zwei Elementen: Einer speziellen GPS-Antenne, die in ein Gerät eingebaut ist, und Satelliten, die um die Erde kreisen und Funkwellen aussenden. Die GPS-Antenne im Gerät empfängt Signale von verschiedenen Satelliten in Reichweite und kann die Position (1-5 m) des Geräts berechnen. GPS ist ein "Einwegsystem" - es ist also nicht möglich, mit dem Satelliten zu kommunizieren oder Daten an den Satelliten zurückzusenden. Die meisten Mobiltelefone enthalten einen GPS-Chip, mit dem die Position bestimmt werden kann. GPS-Chips verbrauchen eine ziemlich grosse Menge an Energie. Daher sind sie für kleine Fracht-Tracker, die über mehrere Monate hinweg betrieben werden, nicht geeignet.

Mobile / GPS

GSM (2G)

Das Global System for Mobile Communications (GSM) ist eine vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) entwickelte Norm zur Beschreibung der Protokolle für digitale Mobilfunknetze der zweiten Generation (2G). GSM (oder 2G) besteht aus einem Antennennetz, das in der Regel auf speziellen Antennentürmen entlang von Autobahnen und auf Hügeln, aber auch auf Gebäuden, Brücken usw. installiert ist. Das GSM-Antennennetz wurde speziell für die Kommunikation mit Mobiltelefonen entwickelt. Der Stromverbrauch ist erheblich (kurze Batterielebensdauer). In vielen Ländern wird das GSM- (2G) und/oder 3G-Netz abgeschaltet, da es durch neuere Technologien ersetzt wird.

GSM 2G

GSM (3G/4G)

Heute hat das 3rd Generation Partnership Projects (3GPP), ein globales Konsortium aus sieben nationalen Organisationen für Telekommunikationsnormen, neue Standards festgelegt. Dazu gehören die UMTS-Normen (Universal Mobile Telecommunications System) der dritten Generation (3G), gefolgt von den LTE-Advanced-Normen der vierten Generation (4G). Beide sind Mobilfunkstandards und werden zur Beschreibung der von Telekommunikationsunternehmen angebotenen Antennennetze und -systeme verwendet. Im Vergleich zu 2G sind 3G/4G-Netze besser für grosse Datenmengen geeignet (Smartphones, die für den Internetzugang und den Konsum von Videos verwendet werden) und verbrauchen gleichzeitig weniger Akku.

GSM 3G / 4G

LPWAN/Mobile-IoT

LPWAN, auch "Mobile-IoT" genannt, ist ein sicheres, vom Betreiber verwaltetes IoT-Netz in einem vom 3GPP definierten lizenzierten Spektrum. Die beiden Protokolle LTE-M (für mobile Anwendungen) und NB-IoT (für die tiefere Durchdringung in Gebäude) wurden für IoT-Anwendungen entwickelt, die kostengünstig sind, niedrige Datenraten nutzen, eine lange Akkulaufzeit benötigen und oft an abgelegenen und schwer zugänglichen Orten betrieben werden. LPWAN-Netze eignen sich nicht für Smartphones, SMS-Nachrichten, Sprachanrufe oder den Zugang zum Internet. Sie werden häufig parallel zu den 4G-Netzen eingeführt und werden in den kommenden Jahren von Milliarden von Geräten genutzt, die über das "Internet der Dinge" in einer Vielzahl von Anwendungen kommunizieren.

LPWAN / Mobile IoT

Die Vorteile der LPWAN-Technologie

Kosteneffizienz

LPWAN ist ein internationaler Standard, in den viele Unternehmen investieren. Die Mikrochip-Hersteller entwickeln ständig neue Plattformen. Telekommunikations- und Netzwerkunternehmen bauen ein internationales Netz mit Roaming-Verträgen auf. Wettbewerb und Skaleneffekte senken die Kosten der Komponenten und der Kommunikation/Roaming, was zu niedrigeren Kosten im Vergleich zu früheren Technologien führt.

Niedriger Stromverbrauch

Geräte, die LPWAN nutzen, umfassen zwei Protokolle, die beide für den jeweiligen Zweck optimiert sind:

  • Das LTE-M-Protokoll ist für "bewegliche" Anwendungen optimiert - einen Datenlogger oder ein Tracking-Gerät, das ständig seine Position ändert. Eine der Hauptstärken dieses Protokolls ist der optimierte Antennen-Handshake, der im Vergleich zu anderen Protokollen zu einem geringeren Stromverbrauch führt.

  • NB-IoT ist für stationäre Anwendungen optimiert; Datenlogger in einem Lager, Kühlschrank oder Keller. Die Technologie wurde entwickelt, um eine erweiterte Abdeckung zu bieten - insbesondere in Innenräumen.

Beide Protokolle sind darauf ausgelegt, Energie zu sparen und die Batterielebensdauer zu verlängern, mehr als herkömmliche Tracking- und Real-Time-Überwachungsgeräte.

Die Geräte können in der Regel entweder für LTE-M oder NB-IoT (je nach Anwendung und Land) vorprogrammiert werden oder während des Betriebs zwischen den beiden Protokollen wechseln.

Mobile IoT

Positionsgenauigkeit von GPS vs. Triangulation

Dedizierte GPS-Chips bieten den Nutzern Ortungs-, Navigations- und Zeitmessdienste, die die Navigation im Fahrzeug durch den Verkehr und die Smartphone-Apps unterstützen, wenn diese die genaue Position kennen müssen. GPS-Chips bestimmen die Position mithilfe von Satellitensignalen. Sie können eine Genauigkeit von bis zu einem Meter erreichen. Der Nachteil von GPS ist jedoch, dass es relativ teuer ist und viel Strom verbraucht.

Die alternative Methode zur Standortbestimmung ist die Triangulation der verfügbaren Mobilfunkantennen. Je nach Anzahl der Antennen in Reichweite eines Geräts kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung bis zu 2 km oder 10 m betragen.

Untersuchungen bei Frachtlogistikunternehmen, die Güter verfolgen, sowie bei Pharmaunternehmen, die hochsensible und wertvolle Waren versenden, haben gezeigt, dass die Genauigkeit der Position kein besonders wichtiger Faktor ist.

Nutzung der Position für ein frühzeitiges Eingreifen: Lieferketten sind komplex und umfassen oft viele verschiedene Schritte und Dienstleister. Es ist weniger wichtig, genau zu wissen, wo sich die Sendung befindet (in Koordinaten, die auf eine Palettenposition genau sind), als einen Eskalationsprozess zu den richtigen Mitarbeitern am richtigen Ort zu haben (z. B. Swisscargo in Chicago, Telefonnummer); sie kennen die genaue Position der betroffenen Palette oder des Containers.

Verwendung der Position zur Durchführung von Geofencing-Aktionen: Moderne Tracking- und Real-Time-Überwachungslösungen sind in der Lage, Geofencing als Auslöser zu verwenden, z. B. das Setzen einer Start- oder Stopp-Kennzeichnung oder das Senden einer Benachrichtigung, wenn ein bestimmter Ort verlassen wird. Es genügt zu wissen, dass ein Produkt an seinem Bestimmungsort angekommen ist. Es ist nicht notwendig, die genaue Rampe zu kennen, an der der LKW entladen wird.

Nutzung der Position für Heatmaps: Grosse Daten, die aus Milliarden Datensätzen von Tausenden Sendungen bestehen, die auf denselben Routen stattfinden, können für die Erstellung von Heatmaps verwendet werden. Damit kann beispielsweise herausgefunden werden, auf welchem Flughafen die meisten Temperaturabweichungen auftreten. Auch hier geht es nicht um die genaue Position. Eine ungefähre Position aus einer Triangulation ist ausreichend.

Nutzung der Position für Versicherungsfälle: Im Falle einer grösseren Temperaturabweichung könnte der Produktinhaber mit einem Versicherungsfall konfrontiert werden. Die wichtigste Frage in einem Versicherungsfall ist, wer zum Zeitpunkt der Abweichung die Aufsicht über das Produkt hatte. Dies ist eine Frage der Zeit und des Standorts. In den meisten Fällen ist eine Triangulation akzeptabel.

Technologie der Zukunft: Ist die Serialisierung eine Lösung für die End-to-End-Temperaturüberwachung?

Das Problem der Arzneimittelfälschungen hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt. Die EU-Richtlinie über gefälschte Arzneimittel (Falsified Medicines Directive, FMD) definiert die Serialisierung als Voraussetzung für eine Marktzulassungen ab Februar 2019. Aufgrund dieser Initiative muss jede einzelne Produkteinheit eine eindeutige Seriennummer tragen, da ein standardisierter Barcode auf zusätzliche Informationen (wie Charge, Produktionsdatum usw.) verweist.

Supply Chain

Im obigen Szenario werden einzelne Produktkartons zu höheren Verpackungsebenen aggregiert (Produktkarton -> Verkaufseinheit -> Palette -> Liefereinheit). Jede dieser Ebenen hat einen gedruckten Barcode und wird in einer Datenbank erfasst. Eine zentrale Serialisierungsdatenbank - wie z.B. Tracelink - weiss nun genau, welche Artikel wohin gehören.

Herausforderungen bei Track &Trace

GS1 ist eine Non-Profit-Organisation, die globale Standards für die Geschäftskommunikation entwickelt und pflegt. Sie wollen aggregierte Einheiten (z. B. Verkaufseinheiten) entlang der Lieferkette verfolgen und genau wissen, wo sich das Paket befunden hat. Wenn wir die jeweilige Temperaturmessung in diese globale Datenbank aufnehmen würden, könnten wir problemlos alle relevanten Informationen zu jedem Zeitpunkt in der Lieferkette überwachen.

Handelt es sich bei dem Produkt um ein Originalprodukt (keine Fälschung)?

Ist das Produkt in Ordnung? Liegt die Gesamtzeit, die das Produkt bisher ausserhalb der festelegten Überwachungsbedingung verbracht hat, innerhalb des definierten Stabilitätsbudgets?

Das Problem: Die Implementierung von Schnittstellen zwischen ERP-Systemen innerhalb der Lieferkette wäre zu diesem Zeitpunkt sehr komplex und teuer.

Die Lösung: Letztlich können wir die Herausforderung der End-to-End-Überwachung mit zwei verschiedenen Ansätzen angehen:

• Option A - Messen und rätseln: Überwachen Sie die Temperaturen in den verschiedenen Handling Units (HU), Paletten und Boxen entlang der Lieferkette und verwenden Sie eine Datenbank, um alle Informationen zusammenzufassen.

• Option B - Life-Time-Indikator auf Box-Ebene: An jedem Produktkarton wird ein elektronischer Temperaturindikator angebracht, der das Produkt ständig begleitet, die Gesamtzeit ohne Kühlung (TOR) im Rahmen des zulässigen Stabilitätsbudgets erfasst und anzeigt, ob das Produkt verwendet werden kann.

Durch die Möglichkeit, die Daten des elektronischen Indikators herunterzuladen und eine Verbindung zur Serialisierungsdatenbank herzustellen, könnten wir sogar die beiden Welten miteinander verbinden:

1. Die Serialisierungsdatenbank (z. B. Tracelink) weiss, ob das Produkt ein Original ist. Eventuell kennt die Datenbank auch zusätzliche Aggregationsinformationen oder sogar Track & Trace-Informationen.

2. Der elektronische Temperaturindikator auf Box-Ebene weiss, ob das Produkt gemäss seinem Stabilitätsbudget in Ordnung ist. Dank der passenden Smartphone-App lassen sich beide Informationen kombinieren: ob es sich um ein Original handelt und ob das Medikament sicher ist.

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LIBERO ITS

Der ultimative Traum - ein Real-Time-Gerät auf Box-Ebene

Wir wollen ein Gerät auf Box-, Kit- oder Fläschchen-Ebene, das eine Batterielebensdauer für den gesamten Lebenszyklus (z. B. 3 Jahre) hat. Wir möchten, dass es die Temperatur misst und das Stabilitätsbudget durchgängig verwaltet und diese Daten drahtlos an eine Cloud-Datenbank überträgt; damit der Benutzer jederzeit weiss, wo es sich geografisch befindet. Die Cloud-Datenbank würde bei Temperaturabweichungen eine Benachrichtigung senden, den für die Abweichung Verantwortlichen identifizieren, Abweichungen durch proaktive Eingriffe verhindern, die Freigabe an jedem Übergabepunkt automatisieren und sogar die Lagerbestände in den Krankenhäusern/Apotheken automatisch verwalten.

Walt Disney sagte einmal: "Wenn du es träumen kannst, kannst du es auch tun". Heute ist ein Real-Time-Gerät auf Box-Ebene jedoch technisch nicht möglich. Obwohl sich die Mobile-IoT-Netze schnell entwickeln, sind die Kommunikationschips und die Roaming-Kosten noch zu teuer, um auf Chipebene eingesetzt zu werden. Die Mobile-IoT-Kommunikationschips benötigen immer noch eine grosse Menge an Energie, um mit nahe gelegenen öffentlichen Antennennetzen zu kommunizieren. Wenn wir versuchen würden, eine Lebensdauer von 2+ Jahren abzudecken, bräuchten wir ein riesiges Batteriepaket. Ein solches Gerät würde nicht in eine Box, einen Bausatz oder ein Fläschchen passen. (LPWAN-Kommunikationschip, Mobile-IoT-Antenne, grosser Akkupack) Allerdings wird zunehmend über Gateway-Konzepte diskutiert. So wird eine grössere Einheit (z. B. eine Box) mit einem IoT-Gateway ausgestattet, das über Bluetooth® mit Mini-Sensoren kommuniziert, die sich auf Fläschchen in derselben Box befinden. Die Zeit wird zeigen, ob dieser Fortschritt eines T ages Realität werden wird.