Digitale Doppelgänger
In Zeiten ständiger Disruption heißt Logistik nicht nur Waren zu bewegen, sondern auch Komplexität zu steuern. Digitale Zwillinge schaffen dafür neue Optionen: Szenarien testen, Risiken mindern, Effizienz steigern.
Aus der Meteorologie und der Chaostheorie kennt man den Schmetterlingseffekt: Der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien kann einen Tornado in Texas auslösen. Manchmal schluckt ein System solche Veränderungen, ohne dass etwas geschieht: Das ist Resilienz. Und manchmal passiert etwas völlig anderes: Eine Kettenreaktion oder eine Disruption wird angestoßen, Chaos bricht aus.
Entlang der verzweigten Wege einer Wertschöpfungskette häufen sich Störungen und Veränderungen. Manche sind planbar, andere passieren unbeabsichtigt, einige lassen sich verhindern, und manche werden bewusst herbeigeführt, um das Gesamtergebnis zu verbessern. Es ist sogar möglich, eine Lieferung für den Kunden gezielt zu verzögern. Denn pünktlich heißt in der Logistik nicht immer möglichst früh. Eine zu frühe Lieferung ist oft ebenso teuer wie eine, die zu spät ankommt. Oder es geschieht etwas Unerwartetes, wenn die Ware bereits auf dem Weg ist; man denke zum Beispiel an plötzliche Zollerhöhungen beim Handel mit den USA.
Risiken begleiten jede Lieferung, ganz gleich um welche Güter es geht. Je besser mit Risiken umgegangen werden kann, desto besser für den Kunden und die Bilanzen der beteiligten Unternehmen. Szenarioanalysen liefern eine fundierte Entscheidungsgrundlage und werden zum entscheidenden Erfolgsfaktor in der Logistik. Und die Digital-Twin-Technologie ist eines der zentralen Werkzeuge für diese Aufgabe. Die Kernidee: Man bewegt nicht nur reale Lkw auf echten Straßen und Schiffe auf Ozeanen, sondern arbeitet parallel dazu auch mit digitalen Zwillingen in der Cloud. Dort bewegen sie sich wie die realen Objekte, zugleich lassen sich ihre künftigen Bewegungen simulieren. Man kann es sich vorstellen wie die Navigation mit Google Maps, nur eben nicht für das eigene Auto, sondern für die gesamte Flotte von Maersk oder FedEx.
Digitale Zwillinge erlauben nicht nur die Analyse des wahrscheinlichsten Verlaufs, sondern auch die flexible Simulation sämtlicher alternativer Zukunftsszenarien. „Ein digitaler Zwilling bietet echte Vorteile: bessere Entscheidungen, optimierte Ressourcennutzung und die Möglichkeit, künftige Szenarien zu testen“, erläutert Björn Krämer vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML). Das Fraunhofer IML in Dortmund bietet Logistikunternehmen an, ihre physischen Prozesse mit digitalen Zwillingen abzubilden: „Lagerhaltung, Transport und Produktionslogistik werden effizienter, die Kosten sinken und Engpässe werden frühzeitig erkannt“, sagt Krämer.
Die Technologie ist längst in der Branche angekommen. Und in der Logistikwelt steht FedEx als globaler Paketriese mit 88 Milliarden US-Dollar Umsatz, einer halben Million Beschäftigten und einem jährlichen Transportwert von rund zwei Billionen US-Dollar im Mittelpunkt. „Wir haben in den letzten fünf Jahren einen digitalen Zwilling von FedEx aufgebaut“, berichtet CEO Raj -Subramaniam. Das Logistikchaos während der Corona-Pandemie habe dabei geholfen, „FedEx auf eine Welt vorzubereiten, in der Disruption zum Normalzustand geworden ist“, so Subramaniam.
Potenzielle Kostensenkung durch digitale Zwillinge laut einer Studie aus dem Jahr 2024.
Quelle: World Journal of Advanced research and reviews
„Die logistischen Prozesse werden effizienter, die kosten sinken und engpässe werden frühzeitig erkannt.“
Die aktuellen Störungen, mit denen Unternehmen weltweit konfrontiert sind, unterscheiden sich indes grundlegend von denjenigen der Corona-Jahre. Gleichwohl stellen sie Unternehmen vor ebenso große Herausforderungen. Logistikkonzerne wie FedEx stehen nicht nur im Zentrum der eigenen Branche, sondern profilieren sich zunehmend als Schlüsselfiguren der globalen Wirtschaft, hat Subramaniam beobachtet. „Vor der Pandemie interessierte sich kaum jemand für Lieferketten, heute sind sie Teil jeder Vorstandsrunde.“ In jüngerer Zeit dreht sich vieles um Trumps Zollpolitik. Dank digitaler Zwillinge kann FedEx jetzt reagieren: „Je komplexer Zölle und Warenströme werden, desto wichtiger wird eine Plattform wie unsere.“
Doch nicht alle Akteure in der Logistikbranche setzen Digital-Twin-Lösungen mit der gleichen Geschwindigkeit um. In einer traditionellen Branche mit sehr teuren Fuhrparks, Anlagen und Lagerhallen bestehen gewisse Zweifel an der Zuverlässigkeit von KI. Ein langjähriger Logistikmanager drückt es so aus: „Wem vertraut man bei einer Entscheidung über eine Routenänderung? Dem KI-Zwilling oder der eigenen jahrzehntelangen Erfahrung?“ Subramaniam bezweifelt jedoch, dass Erfahrungswerte in der neuen Welt ausreichen: „Früher reichte Algebra – heute braucht man höhere Mathematik.“ Der dänische Logistikriese Maersk hingegen bezweifelt, dass digitale Zwillinge bereits eine praktikable Lösung für die heutigen logistischen Herausforderungen darstellen: „Der Trend ist noch in der Anfangsphase, das geschäftliche Engagement bleibt zurückhaltend.“
Je stärker Unternehmen mit anderen Akteuren der Lieferkette kooperieren, desto geringer ist kurzfristig noch der Anreiz für Investitionen in digitale Zwillinge. Solange nur wenige Unternehmen in der Branche auf digitale Zwillinge setzen, lassen sich beliebig viele „Was wäre wenn“-Szenarien entwickeln. Aber sie bringen keinen Vorteil, solange andere Glieder der Kette nicht eingebunden sind. Damit Simulationen, etwa für ein Containerschiff, einen zusätzlichen Nutzen bringen, müssen sie mit den digitalen Zwillingen der Terminals vernetzt werden. Diese wiederum kommunizieren mit denen der Züge und Lkw bis hin zum Endempfänger, denn er trägt am Ende die Kosten für den gesamten Prozess. Diese Herausforderung markiert auch das größte langfristige Potenzial. Denn die eigentliche Wachstumsstory liegt nicht in Dutzenden von abgeschotteten Unternehmenslösungen, sondern im Zusammenspiel der digitalen Zwillinge. „Wir sind noch nicht so weit“, sagt Ralf Belusa, ehemaliger Digital-Vorstand von Hapag-Lloyd. „Aber sobald die digitalen Zwillinge mehrerer Akteure miteinander agieren, werden Effizienz und Zuverlässigkeit sprunghaft steigen.“
The more a company is interacting with other players along the supply chain, the lower their actual incentive to invest short-term in digital twin technology. As long as only some players in the industry implement digital twins, you can build as much of your own “what if” scenarios as you like, but may still fail if other links in the supply chain are not aligned. If the digital twin simulations – for example, a container ship – shall bear fruit, they should be coordinated with the digital twins of the respective container terminals, and their digital twins should coordinate with the digital twins of cargo trains and trucks all along the way to the final receiver of a cargo. And, of course, this final link of the chain should also be in the loop – because in the end it is the one who pays for the whole process. That’s quite a lot of “shoulds”…
DATENSTRÖME
Der Künstler Bernhard Lang hat mit Luftaufnahmen die Dimensionen des internationalen Seefrachtverkehrs eingefangen. Digitale Zwillinge können die enormen Flottenbewegungen verfolgen, simulieren und antizipieren – und so mögliche Szenarien sichtbar machen, bevor sie eintreten.
Das erinnert an die Erfolgsgeschichte des Frachtcontainers: Für sich allein war er zunächst wenig sinnvoll. Erst mit dem Erreichen einer kritischen Masse in den Häfen wurde er zum Standard und veränderte die Branche nachhaltig. Die erste Fahrt eines Containerschiffs von Newark nach Houston startete zwar schon im April 1956, es dauerte aber noch mehrere Jahre, bis das erste Containerterminal gebaut wurde. Und weitere Jahre vergingen, bis eine kritische Masse von Häfen mit Kränen für die Containerabfertigung ausgerüstet wurden. Dann aber begann die Containerschifffahrt ihren Siegeszug. Seit den frühen 1970er-Jahren ging es nur noch um Skalierung, von Schiffen, von Häfen und Terminals. Heute entsteht eine vergleichbare kritische Masse rund um digitale Zwillinge, die durch den Wandel im Lieferkettenmanagement weiter an Dynamik gewinnt. Notfallplanung ist seit jeher Motor für digitale Zwillinge. Dort zahlen sich die großen Investitionen in Datenverarbeitung und Speicher aus. Denn Krisen sind heute keine seltenen Zwischenfälle mehr, sie gehören zum Geschäftsalltag. Zölle ändern sich fast täglich, Handelskonflikte sind an der Tagesordnung und globale Abstimmungsprobleme verursachen Chaos.
This sounds like the reenactment of logistics’ biggest success story in the 20th century: the freight container. It also doesn’t make much sense as a stand-alone solution, but once it has reached a critical mass, its competitive advantages just wipe out all of the competition. While the first trip of a container ship (from Newark to Houston) started in April 1956, it took a few more years before the first container terminal was built, and a few more after that until a critical mass of ports was equipped with cranes for container handling, so that the era of global container shipping could take off. Since the early 1970s, the rest was scaling – of ships, of ports and of terminals.
Mindestens so groß soll der Weltmarkt für digitale Zwillinge bis 2032 werden, mit einem jährlichen Wachstum von 30 bis 40 %.
Quelle: Maersk
PARALLELE SYSTEME
Langs Fotos zeigen Häfen als Netzwerke aus Strukturen. Digitale Zwillinge bilden diese Welt in Echtzeit ab, simulieren Abläufe über mehrere miteinander verbundene Lieferketten hinweg und ermöglichen es, Störungen frühzeitig zu erkennen.
Diese permanente Volatilität macht digitale Zwillinge unverzichtbar. Sie ermöglichen es, kritische „Was wäre wenn“-Szenarien durchzuspielen. Sind sie einmal etabliert, helfen digitale Zwillinge auch im Routinegeschäft. Ralf Struckmeier, Vice President bei Lufthansa Industry Solutions, erläutert, wie die Zwillinge im Logistikbereich genutzt werden können, um beispielsweise genau festzustellen, welche Transportabschnitte nicht zeitkritisch sind: „Wenn wir präzise abschätzen, welche Lkw, Schiffe oder Flugzeuge rechtzeitig eintreffen und welche nicht, lässt sich das Tempo auf vielen Routen reduzieren. Der Wettlauf um Slots nimmt ab, der Treibstoffverbrauch sinkt.“ Das größte Optimierungspotenzial liegt also nicht in den Ausnahmefällen, sondern bei der täglichen Feinsteuerung.
Die Frage, wie sich die Logistik in Zukunft entwickeln wird, sobald digitale Zwillinge zum Standard geworden sind, weckt Erinnerungen an die Mitte der 1960er-Jahre. Damals ahnte kaum jemand, welchen tiefgreifenden Wandel die Frachtcontainer für den globalen Handel auslösen würden. Dmitry Ivanov, Professor und Leiter des Digital Supply Chain Lab an der HWR Berlin, sieht zwei zentrale Entwicklungsschritte voraus: Zunächst vollzieht sich der Wandel „von Simulationen zu entscheidungsunterstützenden Systemen“. Bisher entstand die Digital-Twin-Technologie aus einem Simulationskontext und ermöglichte vor allem die Erprobung spezifischer alternativer Entwicklungsszenarien. Doch die zunehmende Verfügbarkeit von Echtzeitdaten und die höhere Datengenauigkeit eröffnen größere Potenziale – sie machen dynamische, datenbasierte Entscheidungsunterstützung erst möglich und verschieben die Grenzen klassischer Simulation deutlich.
Bots und Barrieren
Private Investitionen in KI haben stark zugenommen und verdeutlichen die wachsende Lücke zwischen den Finanzierungsniveaus in den USA und denen in Europa und China.
Adaptiert aus dem Technologie-Toolkit in Think:Act Magazine 47, Teil einer dreiteiligen Serie mit datenbasierten Einblicken zu Geopolitik, Technologie und Organisationen.
Die „Was wäre wenn“-Frage muss nicht mehr im Voraus definiert werden, um mit der Analyse zu beginnen. Stattdessen kann jede beliebige Fragestellung spontan gestellt werden, die gerade relevant ist. So kann jeder Entscheidungsprozess flexibel vom digitalen Zwilling unterstützt werden. Letztlich lässt sich der gesamte Ablauf – von der Produktion bis zum Verbrauch – digital und automatisiert abbilden. Im nächsten Entwicklungsschritt, so Ivanov, werden digitale Zwillinge ihr Wissen durch selbstlernende Modelle erweitern und auch eigenständig Entscheidungen beeinflussen. Ivanov sieht die Branche auf dem Weg von datengesteuerten Organisationen hin zu voll digital organisierten Managementsystemen, mit selbstfahrenden Lkw, die automatisierte Häfen ansteuern, wo autonome Logistiksysteme die Beladung der Frachtcontainer übernehmen. Schritt für Schritt kommen wir so dem Ziel immer näher: ein digitaler Zwilling nach dem anderen.
Im nächsten Entwicklungsschritt, so ¬Ivanov, werden digitale Zwillinge ihr Wissen durch selbstlernende Modelle erweitern und auch eigenständig Entscheidungen beeinflussen. ¬Ivanov sieht die Branche auf dem Weg von datengesteuerten Organisationen hin zu voll digital organisierten Managementsystemen, mit selbstfahrenden Lkw, die automatisierte Häfen ansteuern, wo autonome Logistiksysteme die Beladung der Frachtcontainer übernehmen. Schritt für Schritt kommen wir so dem Ziel immer näher: ein digitaler Zwilling nach dem anderen.
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