Van Apollo 13 naar Warehouse 5.0

Het idee van een digital twin of digitale tweeling is ontstaan in de vroege jaren 2000, maar de fundamenten ervan gaan nog verder terug. Bij de Apollo 13-missie in 1970 werd een fysieke replica van de capsule op aarde gebruikt om mogelijke problemen op te lossen. Dat was nog geen digitale tweeling, maar legde wel de basis voor simulaties en realtime monitoring. Twee dagen na de lancering van het ruimtevaartuig ontplofte op 13 april een zuurstoftank, waardoor de bemanning feitelijk schipbreuk leed in de ruimte. Commandant Jim Lovell sprak beheerst de historische woorden: “Ah, Houston, we’ve had a problem”. In de film Apollo 13 (1995) zei Tom Hanks, die de rol van commandant Jim Lovell vertolkte, het iets anders: “Houston, we have a problem.” Maar goed, de film toont aan hoe de replica van de capsule, samen met de inzet van Ken Mattingly (die als ‘command module pilot’ voor Apollo 13 was geselecteerd, maar drie dagen voor de missie werd vervangen door Jack Swigert) en een team van ingenieurs, een cruciale rol hebben gespeeld in het veilig terugbrengen van de drie astronauten naar de aarde.

De term digital twin werd in 2002 voor het eerst expliciet genoemd door Michael Grieves in een presentatie aan de University of Michigan over product lifecycle management (PLM). Sindsdien is het concept van de digital twin steeds verder ontwikkeld en heeft toepassingen gevonden in diverse sectoren, zoals de luchtvaart, de auto-industrie en de gezondheidszorg.

Hoewel digital twins, mede dankzij de toenemende integratie van IoT en AI, relatief snel ‘normaal’ werden, vooral in productieomgevingen, blijft de toepassing ervan in magazijnen, distributiecentra en fulfilmentcentra in de Lage Landen nog achter. Leveranciers van magazijnautomatisering en robots benutten digital twins vooral om de ontwerpfase te versnellen, evenals voor validatie en simulatie van het ontwerp, waardoor er vanuit die hoek enige beweging merkbaar is. En als je die simulatie dan hebt, waarom ze dan niet gebruiken om mensen op alle mogelijke scenario’s te trainen en ze zelfs in te zetten om op dagbasis of gedurende een deel van de dag de dynamische elementen van het magazijn te testen versus de beschikbare capaciteit?

Met name in omgevingen waar magazijnautomatisering in een stroomversnelling zit, wint het concept van een digital twin steeds meer aan terrein. Dat heeft natuurlijk te maken met de stabielere tijd van elke magazijnactiviteit, waardoor de voorspelbaarheid beter is. Valt er voor conventionele magazijnen daadwerkelijk een significant voordeel te halen uit de inzet van deze technologie? Of ligt de meerwaarde vooral in sterk geautomatiseerde omgevingen waar procesoptimalisering een grotere impact heeft, o.a. ook op de investering en eventuele (dure) uitbreiding van capaciteit?

De drang om alles als digital twin te labelen

Nu we de term digital twin steeds vaker tegenkomen, moeten we ons de vraag stellen of de term op zich de volledige lading dekt. Hoewel het begrijpelijk is dat we verleid worden door nieuwe, aantrekkelijke termen die de verbeelding prikkelen, is dat op zich niet erg. Sterker nog, het stimuleert het nadenken (of dromen) over de eindeloze mogelijkheden die deze technologie kan bieden.

Een digitale tweeling beschouwen als een realistische digitale kopie van een fysieke installatie is slechts een deel van het concept. Er is een tendens om de term digital twin breed te gebruiken om elke digitale representatie te omvatten die een vorm van virtuele-fysieke integratie vertoont. Het is echter belangrijk om onderscheid te maken tussen digital twins en andere digitale modellen of schaduwen om duidelijkheid te waarborgen en te voorkomen dat de betekenis van het concept verwatert. Hoewel het begrijpelijk is dat de verbeelding de vrije loop krijgt, is dat op zich niet erg. Het stimuleert juist het nadenken (of dromen) over de eindeloze mogelijkheden die deze technologie kan bieden.

Twee begrippen zijn interessant om even bij stil te staan of op zijn minst van elkaar te onderscheiden: een digital twin ‘pur sang’ en een digital shadow.

Een digital twin pur sang is een interactief, dynamisch model van een fysiek object, proces of systeem. Het ontvangt realtime gegevens van de fysieke entiteit en kan in beide richtingen communiceren, wat betekent dat het niet alleen de status van de fysieke objecten bijhoudt, maar ook feedback kan sturen om de werking ervan aan te passen of te optimaliseren.

Een digital shadow of digitale schaduw daarentegen, is een statisch of semi-dynamisch model van een fysiek object. Het ontvangt gegevens van de fysieke entiteit, maar er is geen terugkoppeling of interactie met de fysieke wereld. De ‘shadow’ heeft een geautomatiseerde eenrichtingsdatastroom tussen het fysieke object en zijn digitale kloon, d.w.z. een verandering in de toestand van het fysieke object leidt tot een verandering in de toestand van het digitale object, maar niet omgekeerd. Een shadow ontvangt dus automatisch ‘real-world’ data, maar veroorzaakt geen veranderingen terug in de fysieke realiteit op autonome wijze. De digital shadow biedt een continu overzicht van wat er in het magazijn gebeurt en geeft inzicht in de prestaties, performance en trends. Digital shadows zijn uitermate waardevol in situaties waar monitoring en analyse cruciaal zijn. Of ‘predictive analytics’ en wat-als-simulaties tot deze vorm behoren, laten we in het midden. Zij bevinden zich namelijk in de schemerzone tussen een digital shadow en een digital twin.

Kennisdeling als motor voor nieuwe inzichten

Uit een recent rondetafelgesprek met supply chain directors, consultants en leveranciers van magazijnautomatisering, met als thema de toepasbaarheid van digital twin/digital shadow, kwamen enkele interessante conclusies naar voren. We gebruiken beide termen om het toekomstdenken te stimuleren en onze gedachten te prikkelen, zodat we innovatieve usecases kunnen bedenken.

De toegankelijkheid van simulatie- en designtools wordt steeds groter, waardoor ze cruciaal kunnen zijn bij het (her)ontwerpen van magazijnen en het optimaliseren van processen. Deze tools stellen bedrijven in staat toekomstige scenario’s te simuleren en belangrijke ontwerpkeuzes te valideren voordat fysieke veranderingen worden doorgevoerd. Dat is vooral waardevol in omgevingen waar efficiëntie en ruimteoptimalisering van groot belang zijn. Daarnaast kan een digital twin/digital shadow een belangrijke rol spelen bij het identificeren en oplossen van (potentiële) bottlenecks in het magazijnproces. Zo kan de technologie bijvoorbeeld congesties detecteren en de oorzaken daarvan achterhalen.

In magazijnen en distributiecentra met complexe workflows, waar realtime data en voorspelbaarheid cruciaal zijn voor een efficiënte personeelsinzet, biedt een digital twin/shadow een absolute meerwaarde. De technologie maakt het niet alleen mogelijk activiteiten optimaal te coördineren, maar helpt ook verborgen inefficiënties op te sporen en ze proactief op te lossen, wat leidt tot hogere productiviteit en lagere operationele kosten.

In combinatie met virtual reality kunnen operators zich in een veilige, virtuele omgeving door het magazijn bewegen, processen doorgronden en scenario’s oefenen, zonder dat dit de dagelijkse operaties verstoort. Dat resulteert in snellere ‘onboarding’, minder fouten en een beter voorbereid team. Digital twin/shadow-technologie is daarmee niet langer een luxe, maar een essentiële pijler voor de toekomst van magazijnautomatisering.

Een ander belangrijk voordeel is de mogelijkheid om de impact van automatisering en robotisering in magazijnen en distributiecentra te analyseren. Door huidige processen te simuleren, kunnen bedrijven de effectiviteit van nieuwe technologieën en hun invloed op de bestaande workflow in kaart brengen voordat ze daadwerkelijk worden geïmplementeerd. Door de impact van investeringsbeslissingen visueel en in real time te simuleren, kunnen bedrijven ook beter onderbouwen waarom bepaalde keuzes gunstig zijn voor hun operationele efficiëntie en bedrijfsresultaten. Een digital twin/shadow fungeert daarbij als een ‘sandbox’ of virtueel speelterrein, waarin verschillende scenario’s kunnen worden getest zonder risico’s voor de daadwerkelijke operatie.

De laatste interessante discussie die tijdens het rondetafelgesprek naar voren kwam, was hoe bedrijven omgaan met de steeds veranderende klanteneisen. Wat doe je bijvoorbeeld met grote klanten die vragen meer en/of langer voorraad aan te houden, of die eisen dat er vanuit andere magazijnen wordt verscheept? En wat doe je als grote schommelingen in volumes steeds vaker voorkomen? Zaken die uiteraard impact hebben op de magazijnprocessen, de kosten en de algehele performance. Ga je met Excel aan de slag of is digital shadow-technologie een betere stap om simulaties sneller en effectiever uit te voeren? In plaats van veel tijd te steken in het handmatig berekenen van scenario’s, kunnen bedrijven snel en accuraat inzichten krijgen over de werking van hun magazijnen en supply chain netwerk. Wat als je niet alleen een digital twin voor magazijnen hebt, maar ook voor het volledige supply chain netwerk? Dat zou bedrijven in staat stellen met één druk op de knop de gehele operatie, inclusief magazijnwerking en processen, continu te optimaliseren.

Bedrijven die niet constant verbeteren en optimaliseren, lopen het risico achterop te blijven, vooral nu klanten steeds hogere eisen stellen en zich aanpassen aan de veranderingen in de markt. Het is dus essentieel technologie te omarmen die de flexibiliteit biedt om snel te reageren en de prestaties continu te verbeteren.

Performance is meer dan cijfers

In een wereld die constant verandert, draait performance niet meer alleen om cijfers, maar om aanpassingsvermogen. De logistieke sector, en vooral magazijnen, staan voor nieuwe uitdagingen door de opkomst van automatisering, de groei van e-commerce en de behoefte aan snellere leveringen. Magazijnen moeten flexibeler worden om snel op de veranderende vraag in te spelen, meerdere verkoopkanalen te ondersteunen en een complexer voorraadbeheer aan te pakken.

Daarnaast is het vinden en behouden van bekwame arbeidskrachten een groeiend probleem. Magazijnen moeten niet alleen hun systemen, maar ook hun werkmethodes aanpassen om efficiëntie en duurzaamheid te bevorderen. Een digitale revolutie in de vorm van digital twins/shadows biedt nieuwe mogelijkheden.

Onze definitie van een ‘warehouse digital shadow’ luidt dan: een digitale weergave van het magazijn die realtime data levert voor betere besluitvorming en bijsturing, efficiëntere en duurzamere magazijnoperaties, en het optimaliseren van de samenwerking tussen de steeds groeiende automatisering, robotisering en de mens in het magazijn.

Patrick Smets

Jan De Kimpe