集装箱 4.0：公海上的智能运输

在世界范围内，三分之一的食物在到达消费者手中之前就已经变质了。根据联合国粮食及农业组织的数据，这相当于 13 亿公吨。其中很大一部分是由于运输过程中货物质量的损失。在发展中国家，多达 40% 的食物在运输过程中会腐烂。

造成这种情况的原因有很多，例如不同的收获条件、从收获到冷却的时间，或者冷藏容器或车辆上的局部温度偏差。这些都会影响新鲜食品的质量。

好消息是，对货物质量进行额外监控不仅可以解决这些问题，还为运输管理和存储开辟了全新的可能性。将这些想法整合到物流流程中是一个由来自工业和研究的 22 个合作伙伴组成的财团的目标，该财团由德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助。任务是使集装箱变得智能，而这又取决于开发和现场测试合适的传感器技术。我参与了这个引入博世物联网中间件的项目，在接下来的文章中，我想向您介绍我们的工作。

解决方案和实施：实现从船到岸的通信

从一开始就很清楚，如果我们要让容器变得智能和自主，我们必须清除一些技术障碍。我们与 DOLE 合作，进行了三项智能容器测试，重点是监控和随后香蕉成熟。 香蕉在哥斯达黎加包装，一些包装箱装有无线传感器。将 20 个托盘装入智能集装箱后，远程监控就开始了。然后用卡车将香蕉运到港口（大约四个小时），然后用整整两个星期的时间通过海路运到安特卫普。在此期间，我们能够远程调整设定点设置和新鲜空气通风率。到货后，集装箱用卡车从安特卫普运到汉堡（一天）。

术语 3G 代表第三代无线移动通信技术。与前几代相比，其特点是上网速度更快。

为了建立对集装箱的远程访问，我们必须优化以前从集装箱到陆地的有限通信。在此之前，只有当集装箱在卡车上时才能通过 3G 进行通信——或者当集装箱在海上时通过卫星进行通信。没有用于云连接的可用带宽。因此，我们开发了一个货运监管单元 (FSU) 并将其放在集装箱上。该单元旨在创建内部传感器网络和外部通信之间的接口。同时，FSU 提供了一个可以灵活扩展的平台，以评估货物的任何故障及其运输条件。我们可以远程上传包含定制保质期模型或决策支持工具的软件包，以匹配所涉及的商品类型。

物联网应用：使用温度和乙烯传感器

我们采用了 JAVA 软件平台（由 Bosch.IO 的 OSGi 框架和来自 AICAS 的牙买加虚拟机组成）并对其进行了必要的调整以使其与目标系统配合使用。我们能够在从波多黎各到汉堡的路线上通过轮船和卡车进行的几次试运行中测试了通信系统的功能。为了确定香蕉的确切保质期，我们必须测量包装内的温度 - 换句话说，在包装箱和托盘内。必须至少有 10 到 20 个测量点才能记录局部温度偏差。为了确保可靠的通信，我们还必须在密闭和防潮传感器之间通过多跳转发数据。这样我们就可以控制香蕉的冷却。在 11 度，这是适合水果的温度，我们有绿灯。一旦温度发生变化，就会进行远程干预并发送警报。紧急信号发送到后端，可以直接通知客户（这里是DOLE）。

物联网项目的好处

客户现在受益于能够快速做出反应，并且如果出现质量损失，可以及时订购新商品。以前，客户只有在货物到达港口时才会发现他们有无法使用的货物。物流流程因此变得更不容易出错并且更加敏捷。在集装箱配备传感器之前，高达 30% 的货物丢失是很常见的。在智能容器中，丢失率仅为 20%。其优点是对货物质量进行持续监控进而改进，减少损失，建立灵活的物流流程。

来自无线传感器的测量值每天通过卫星传输。三天后计算了对绿色寿命、呼吸热和冷却效率的第一次估计。如果稍后需要更正，则会立即发送新值——尤其是在货物看起来有任何危险的情况下。一旦港口附近的移动网络可用，就可以通过网络界面访问完整数据。

传感器为物联网应用带来价值

乙烯是一种碳氢化合物，是一种无色可燃气体，广泛用于化学工业。它也是一种重要的天然植物激素，用于农业促进果实成熟。

除了温度监测，我们还开发了乙烯传感器技术。当更年期的水果暴露在一定浓度的乙烯中时，它们就会开始成熟。一旦它们成熟，它们又会产生乙烯。同时，水果在此过程中释放的乙烯量取决于它们的成熟度——因此是监控其质量的基础。正是在这个项目的过程中，直接测量乙烯浓度成为可能。

通过为集装箱配备传感器，我们不仅可以更精确地了解货物的位置，还可以监控和评估货物的状况。我们正在考虑一个后续项目，该项目将查看整个物流过程——从装载的集装箱到超市交货。这个想法是与港口运营商和物流供应商合作提供新服务。为此，商品本身将成为物联网的一部分。因此，它们将跨所有系统和流程步骤传递信息，并成为每个流程步骤的组成部分。反过来，它们可以完全融入公司的流程结构，而无需任何额外的人工干预来使商品适应其环境。整个系统中的每个结构级别都需要能够满足这些要求——从传感器技术、通信网关、基于云的设备管理，一直到公司的业务流程系统。

工业 4.0 已经与持续的数字化以及工业生产与现代信息和通信技术的结合相关联。现在，作为物流 4.0 的一部分，这些相同的因素也为整个价值链的海上运输开辟了全新的机遇和巨大潜力。