Obwohl mehr als genug Nahrungsmittel produziert werden, um alle Menschen auf der Welt zu ernähren, leiden heute bis zu 828 Millionen Menschen an Hunger. Armut, soziale Ungleichheit, Klimawandel, Naturkatastrophen und politische Konflikte tragen alle dazu bei, den Zugang zu Nahrungsmitteln zu erschweren. Seit Jahrzehnten ist das Bureau for Humanitarian Assistance (BHA) der US-Agentur für internationale Entwicklung (USAID) führend in der globalen Nahrungsmittelhilfe und liefert Millionen Tonnen Nahrungsmittel an Empfänger weltweit. Die Linderung des Hungers – und der durch Hunger verursachten Konflikte und Instabilität – ist für die nationale Sicherheit der USA von entscheidender Bedeutung.
Aber BHA ist nur ein Akteur innerhalb einer großen, komplexen Lieferkette, in der Lebensmittel zwischen mehr als 100 Partnerorganisationen weitergegeben werden, bevor sie ihren endgültigen Bestimmungsort erreichen. Traditionell war der Transport von Lebensmitteln durch die Lieferkette ein Black-Box-Vorgang, bei dem die Beteiligten weitgehend nicht darüber informiert waren, was mit den Lebensmitteln passiert, wenn sie ihre Obhut verlassen. Dieser Mangel an direkter Sicht auf den Betrieb ist auf isolierte Datenspeicher, unzureichenden Datenaustausch zwischen Beteiligten und unterschiedliche Datenformate zurückzuführen, die Betreiber manuell sortieren und standardisieren müssen. Daher mangelt es an genauen Echtzeitinformationen – etwa darüber, wo sich Lebensmittelsendungen zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden, welche Sendungen von Verzögerungen oder Lebensmittelrückrufen betroffen sind und wann die Sendungen an ihrem endgültigen Bestimmungsort angekommen sind. Ein zentralisiertes System, das Lebensmittel auf ihrem gesamten Weg von der Herstellung bis zur Lieferung zurückverfolgen kann, würde eine wirksamere humanitäre Reaktion auf den Bedarf an Nahrungsmittelhilfe ermöglichen.
Im Jahr 2020 begann ein Team des MIT Lincoln Laboratory mit BHA zusammenzuarbeiten, um ein intelligentes Dashboard für ihre Lieferkettenabläufe zu erstellen. Dieses Dashboard vereint die umfangreichen Nahrungsmittelhilfe-Datensätze aus den bestehenden Systemen der BHA auf einer einzigen Plattform mit Tools zur Visualisierung und Analyse der Daten. Als das Team mit der Entwicklung des Dashboards begann, erkannte es schnell, dass erheblich mehr Daten benötigt wurden, als BHA Zugriff hatte.
„Hier kommt die Rückverfolgbarkeit ins Spiel, bei der jeder Übergabepartner wichtige Informationen beisteuert, während sich Lebensmittel durch die Lieferkette bewegen“, erklärt Megan Richardson, Forscherin in der Gruppe für humanitäre Hilfe und Katastrophenhilfesysteme des Labors.
Richardson und der Rest des Teams haben mit BHA und ihren Partnern zusammengearbeitet, um ein solches End-to-End-Rückverfolgbarkeitssystem zu konzipieren, aufzubauen und zu implementieren. Dieses System besteht aus serialisierten, eindeutigen Identifikatoren (IDs) – ähnlich wie Fingerabdrücke –, die einzelnen Lebensmitteln zum Zeitpunkt ihrer Herstellung zugewiesen werden. Diese einzelnen IDs bleiben mit Artikeln verknüpft, während sie entlang der Lieferkette zunächst im Inland und dann international aggregiert werden. Beispielsweise werden einzeln gekennzeichnete Dosen Pflanzenöl in Kartons verpackt; Kartons werden auf Paletten gelegt und per Bahn und LKW zu den Lagerhäusern transportiert; Paletten werden in US-Häfen auf Schiffscontainer verladen; Im Ausland werden Paletten entladen und Kartons ausgepackt.
Mit einer Spur
Heute gibt es keine Sichtbarkeit auf Einzelelementebene. Die meisten Lieferanten kennzeichnen Paletten mit einer Chargennummer (bei einer Charge handelt es sich um eine Charge von Artikeln, die in derselben Auflage hergestellt wurden), aber dies dient internen Zwecken (z. B. um Probleme zu verfolgen, die auf ihre Produktionsversorgung zurückzuführen sind, wie zu stark angereicherte Zutaten oder Maschinenstörungen). ), kein Datenaustausch. Unternehmen wissen also, zu welchem Lieferantenlos eine Palette und ein Karton gehört, können aber nicht die eindeutige Historie eines einzelnen Kartons oder Artikels innerhalb dieser Palette nachverfolgen. Wenn sich die Chargen weiter flussabwärts zu ihrem endgültigen Bestimmungsort bewegen, werden sie aus Platzgründen häufig mit Chargen aus anderen Produktionen und möglicherweise auch mit anderen Warentypen insgesamt vermischt. Auf internationaler Ebene machen es diese Vermischung und die mangelnde Granularität schwierig, Waren schnell aus der Lieferkette zu entfernen, wenn Bedenken hinsichtlich der Lebensmittelsicherheit auftreten. Aktuelle Reaktionszeiten können mehrere Monate betragen.
„Waren werden in verschiedenen Phasen der Lieferkette unterschiedlich gruppiert, daher ist es logisch, sie bei Bedarf in diesen Gruppierungen zu verfolgen“, sagt Richardson. „Unsere Granularität auf Artikelebene dient als eine Form von Rosetta Stone, um den Beteiligten eine effiziente Kommunikation in diesen Phasen zu ermöglichen. Wir versuchen, eine Möglichkeit zu schaffen, nicht nur die Bewegung von Waren, einschließlich ihrer Chargeninformationen, sondern auch etwaige Probleme zu verfolgen.“ Dies kann unabhängig von der Charge auftreten, wie zum Beispiel die Einwirkung hoher Luftfeuchtigkeit in einem Lagerhaus. Im Moment haben wir keine Möglichkeit, Waren mit einer Geschichte zu verknüpfen, die zu einem Problem geführt haben könnte.“
„Sie können jetzt Ihr aufgegebenes Gepäck auf der ganzen Welt und den Fisch auf Ihrem Teller verfolgen“, fügt Brice MacLaren hinzu, ebenfalls Forscher in der Gruppe für humanitäre Hilfe und Katastrophenhilfesysteme des Labors. „Diese Technologie ist also nicht neu, aber sie ist neu für BHA, da sie ihre Methodik zur Warenrückverfolgung weiterentwickeln. Das Rückverfolgbarkeitssystem muss vielseitig sein und bei einer Vielzahl von Betreibern funktionieren, die die Ware entlang der Lieferkette verwahren und.“ sich in ihre bestehenden Best Practices einfügen.“
Während Lebensmittelprodukte ihren Weg durch die Lieferkette finden, könnten Bediener an jedem Empfangspunkt diese IDs über eine von Lincoln Laboratory entwickelte mobile Anwendung (App) scannen, um den aktuellen Standort und den Transaktionsstatus eines Produkts anzuzeigen – beispielsweise, ob es sich um ein Produkt handelt unterwegs in einem bestimmten Versandcontainer oder in einem bestimmten Lagerhaus gelagert. Diese Informationen werden auf einen sicheren Rückverfolgbarkeitsserver hochgeladen. Durch das Scannen eines Produkts können Bediener auch dessen Verlauf bis zu diesem Zeitpunkt einsehen.
Ins Schwarze treffen
Im Labor testete das Team die Machbarkeit seiner Rückverfolgbarkeitstechnologie und erkundete verschiedene Möglichkeiten zum Markieren und Scannen von Artikeln. Bei ihren Tests berücksichtigten sie Barcodes und RFID-Tags (Radio Frequency Identification) sowie tragbare und stationäre Scanner. Ihre Analyse ergab, dass 2D-Barcodes (insbesondere Datenmatrizen) und Smartphone-basierte Scanner im Hinblick darauf, wie die Technologie funktioniert und wie sie in bestehende Abläufe und Infrastruktur passt, am besten geeignet sind.
„Wir mussten eine Lösung finden, die vor Ort praktisch und nachhaltig ist“, sagt MacLaren. „Während Scanner alle RFID-Tags in unmittelbarer Nähe automatisch lesen können, während jemand vorbeigeht, können sie nicht genau unterscheiden, woher die Tags kommen. RFID ist teuer und es ist schwierig, Waren in großen Mengen zu lesen. Auf der anderen Seite a Das Telefon kann einen Barcode auf einer bestimmten Box scannen und Ihnen mitteilen, dass der Code zu dieser Box gehört. Die Herausforderung besteht dann darin, herauszufinden, wie die Codes so dargestellt werden können, dass die Leute sie einfach scannen können, ohne ihre üblichen Prozesse für die Handhabung und den Transport von Waren erheblich zu unterbrechen.
Wie das Team von Partnervertretern in Kenia und Dschibuti erfuhr, ist das Entladen in den Häfen ein chaotischer, schneller Vorgang. In manuellen Lagerhäusern werfen sich Träger Säcke über die Schultern oder stapeln Kartons auf ihren Köpfen, so gut sie können, und lassen sie zu einem Abgabepunkt laufen; An Absackterminals laufen die Waren über ein Förderband herunter und landen auf der einen oder anderen Seite. Mit dieser Variabilität gehen mehrere Fragen einher: Wie viele Barcodes benötigen Sie auf einem Artikel? Wo sollen sie platziert werden? Welche Größe sollten sie haben? Was werden sie kosten? Das Laborteam beschäftigt sich mit diesen Fragen und berücksichtigt dabei, dass die Antworten je nach Art der Ware unterschiedlich sein werden; Pflanzenölkartons haben andere Spezifikationen als beispielsweise 50-Kilogramm-Säcke mit Weizen oder Erbsen.
Spuren hinterlassen
Das Team nutzte die Ergebnisse seiner Tests und Erkenntnisse internationaler Partner und führte ein Pilotprojekt zur Rückverfolgbarkeit durch, um zu bewerten, wie sich das vorgeschlagene System mit realen nationalen und internationalen Abläufen verträgt. Das aktuelle Pilotprojekt umfasst eine inländische Komponente in Houston, Texas, und eine internationale Komponente in Äthiopien und konzentriert sich auf die Verfolgung einzelner Kartons mit Pflanzenöl und die Identifizierung beschädigter Dosen. Das äthiopische Team von Catholic Relief Services erhielt kürzlich einen Container voller Paletten mit Pflanzenöldosen in Kartons mit eindeutigem Barcode (im nächsten Pilotprojekt werden die Dosen ebenfalls mit Barcodes versehen). Sie scannen jetzt Artikel und sammeln Daten zu Produktschäden, indem sie Smartphones mit der im Labor entwickelten mobilen Rückverfolgbarkeits-App verwenden, für die sie geschult wurden.
„Die Partner in Äthiopien vergleichen einige Deckeltypen, um festzustellen, ob einige widerstandsfähiger sind als andere“, sagt Richardson. „Mit der App – die darauf ausgelegt ist, Waren zu scannen, Transaktionsdaten zu sammeln und den Verlauf zu speichern – können die Partner Fotos von beschädigten Dosen machen und sehen, ob sich ein Trend beim Deckeltyp abzeichnet.“
Als nächstes wird das Team eine Reihe von Pilotprojekten mit dem Welternährungsprogramm (WFP), der weltweit größten humanitären Organisation, durchführen. Das erste Pilotprojekt wird sich auf Datenkonnektivität und Interoperabilität konzentrieren, und das Team wird mit Lieferanten zusammenarbeiten, um Barcodes direkt auf einzelne Waren zu drucken, anstatt Barcode-Etiketten auf Verpackungen anzubringen, wie es bei den ersten Machbarkeitstests der Fall war. Das WFP wird Angaben dazu machen, welche seiner Betriebe am besten zum Testen des Rückverfolgbarkeitssystems geeignet sind, und dabei Faktoren wie die Netzwerkbandbreite der WFP-Mitarbeiter und lokalen Partner, die verteilten Warentypen und den Länderkontext für das Scannen berücksichtigen. Die BHA wird wahrscheinlich auch Standorte für Systemtests priorisieren.
„Unser Ziel ist es, eine Infrastruktur bereitzustellen, die angesichts der zeitweiligen Stromversorgung und Konnektivität in diesen Umgebungen einen möglichst zeitnahen Datenaustausch zwischen allen Parteien ermöglicht“, sagt MacLaren.
In nachfolgenden Pilotprojekten wird das Team versuchen, seinen Ansatz in bestehende Systeme zu integrieren, auf die Partner zur Verfolgung von Beschaffungen, Beständen und Bewegungen der von ihnen verwalteten Waren angewiesen sind, sodass diese Informationen automatisch an den Rückverfolgbarkeitsserver übertragen werden. Das Team hofft außerdem, eine Funktion zur Echtzeitwarnung von Statusmeldungen hinzufügen zu können, beispielsweise über die Abfahrt und Ankunft von Waren in einem Hafen oder die Gefährdung nicht abgeholter Waren durch die Elemente. Echtzeitwarnungen würden es den Beteiligten ermöglichen, effizienter auf Ereignisse im Bereich der Lebensmittelsicherheit zu reagieren. Derzeit sind Partner gezwungen, einen konservativen Ansatz zu verfolgen und mehr Waren aus der Lieferkette zu entfernen, als tatsächlich verdächtig sind, um das Risiko eines Schadens zu verringern. Sowohl BHA als auch WHP sind daran interessiert, während eines der Pilotprojekte eine Lebensmittelsicherheitsveranstaltung zu testen, um zu sehen, wie das Rückverfolgbarkeitssystem eine schnelle Kommunikationsreaktion ermöglicht.
Um diese Technologie in großem Maßstab zu implementieren, ist eine gewisse Standardisierung für die Kennzeichnung verschiedener Warentypen sowie ein Austausch zwischen den Partnern über bewährte Verfahren für den Umgang mit Waren erforderlich. Es erfordert außerdem ein Verständnis der Landesvorschriften und der Interaktionen der Partner mit Subunternehmern, Regierungsstellen und anderen Interessengruppen.
„Ich denke, dass es der BHA innerhalb weniger Jahre möglich sein wird, unser System zu nutzen, um alle in den Vereinigten Staaten beschafften und international verschickten Lebensmittel zu kennzeichnen und zurückzuverfolgen“, sagt MacLaren.
Sobald die Rückverfolgbarkeitsdaten gesammelt sind, könnten sie für andere Zwecke genutzt werden, beispielsweise für die Analyse historischer Trends, die Vorhersage der künftigen Nachfrage und die Bewertung des CO2-Fußabdrucks des Warentransports. Zukünftig könnte ein ähnliches Rückverfolgbarkeitssystem für Non-Food-Artikel eingesetzt werden, darunter medizinische Hilfsgüter, die an Katastrophenopfer verteilt werden, Ressourcen wie Generatoren und Wasserfahrzeuge, die in Notfallszenarien eingesetzt werden, sowie Impfstoffe, die bei Pandemien verabreicht werden. Mehrere Gruppen im Labor sind auch an einem solchen System interessiert, um Gegenstände wie im Weltraum eingesetzte Werkzeuge oder Ausrüstung, die Menschen in verschiedenen Betriebsumgebungen mit sich führen, zu verfolgen.
„Als wir dieses Programm zum ersten Mal starteten, fragten Kollegen, warum das Labor an einfachen Aufgaben wie der Erstellung eines Dashboards, der Markierung von Artikeln mit Barcodes und der Verwendung von Handscannern beteiligt war“, sagt MacLaren. „Bei unserem Einfluss geht es hier nicht um die Technologie; es geht darum, eine Strategie für eine koordinierte Reaktion auf Nahrungsmittelhilfe bereitzustellen und diese Strategie erfolgreich umzusetzen. Am wichtigsten ist, dass die Menschen ernährt werden.“
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News erneut veröffentlicht (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website mit Neuigkeiten über MIT-Forschung, Innovation und Lehre.