Smart Printables: Die Zukunft der Smart Labels und ihre Bedeutung für die Logistik

Wo wir auch hinschauen, alles wird "smarter". Smart Devices - intelligente Geräte - bestimmen unseren Lebensalltag, vom Telefon bis hin zum Kühlschrank. Wir tragen sie sogar am Handgelenk (bestimmt haben Sie gerade auf Ihre Smartwatch oder Ihren Fitnesstracker geschaut).

Auch aus der geschäftigen Welt der Logistik sind die smarten Geräte nicht mehr wegzudenken. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) verändert das Supply-Chain-Management und ermöglicht neue Lösungen (wie Lagerroboter!), die wir noch vor wenigen Jahren als Science Fiction abgetan hätten. Die Entwicklung vom Barcode zum Smart Label ist ein Beispiel.   

Vielleicht fragen Sie sich jetzt: Was genau ist eigentlich ein Smart Label? Das ist eine gute Frage - eine, auf die die Industrie noch keine Antwort hat. Stattdessen ist der englische Begriff zu einem Schlagwort für alle Arten von Etiketten geworden, die mit irgendeiner Art von Sensor versehen sind. Aber aufgepasst: Viele dieser Etiketten sind tatsächlich alles andere als intelligent und liefern nicht das, was sie versprechen.

Deshalb haben wir bei DHL den Begriff "Smart Printables" eingeführt. Denn die nächste Generation der Smart Labels wird intelligent (smart) und druckbar (printable) sein, und das zu geringen Kosten! Dadurch werden wir völlig neue Dinge tun können - auf globaler Ebene. Innovative Technologien machen aus papierdünnen, gedruckten Etiketten zunehmend hochintelligente Geräte. Dabei hat die eigentliche Revolution noch gar nicht begonnen. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Bevor wir uns genauer ansehen, was ein Smart Label von einem Smart Printable unterscheidet, werfen wir einen Blick auf die dahinterstehende Entwicklungsgeschichte. Im Vordergrund stehen dabei die Entwicklung des IoT und seine Bedeutung für die Logistik und die Lieferkettentransparenz.

Barcodes

Wenn Sie in einem Laden einen beliebigen Artikel in die Hand nehmen, werden Sie auf der Produktverpackung den vertrauten Barcode finden - einen Strichcode mit unterschiedlich breiten Linien und Abständen, der an der Kasse gescannt wird. Seit den 1970er Jahren dienen Barcodes als standardisierte Methode zur Codierung von Informationen, wie zum Beispiel Produktseriennummern, die von Maschinen gelesen werden können. Durch diesen Automatisierungsschritt wurden Fehleingaben bei der manuellen Produkterfassung erheblich reduziert, die Bestandsgenauigkeit verbessert und der Kassiervorgang beschleunigt. Auf diese Weise hat die Einführung von Barcodes den Einzelhandel und das Lieferkettenmanagement revolutioniert und dazu geführt, dass sich die Technologie in vielen Branchen durchgesetzt hat.

Bei DHL verwenden wir seit mehreren Jahrzehnten Versandetiketten mit Barcodes für eine größere Transparenz entlang der Lieferkette. Damit behalten wir den Überblick über den Sendungsstatus und -verlauf, wichtige Meilensteine und mehr. Obwohl sie uns gute Dienste geleistet haben, gibt es aber auch viele Nachteile. Beispielsweise muss jeder Barcode einzeln gescannt werden. Dadurch kann die Abwicklung von mehreren Tausend Paketen sehr zeitaufwändig und arbeitsintensiv sein.

QR-Codes

Quick Response Codes, kurz QR-Codes, wurden Mitte der 1990er Jahre eingeführt. Anfang der 2000er Jahre setzten sie sich immer mehr durch, da sie mehr Informationen als herkömmliche Barcodes speichern können, darunter Text, URLs und andere Daten. QR-Codes wurden populär, weil sie problemlos mit Smartphones und Tablets gescannt werden konnten, wodurch die Nutzerinnen und Nutzer auch ohne spezielle Lesegeräte schnellen Zugang zu Informationen oder Websites erhielten. In Verbindung mit dem weltweiten Siegeszug des Smartphones führte dies dazu, dass QR-Codes als vielseitige und bequeme Lösung immer breitere Anwendung fanden - in Werbung und Marketing genauso wie in Ticketsystemen und der Produktverfolgung oder für kontaktlose Zahlungen.

Bei DHL nutzen wir QR-Codes für effizientere Prozesse und einen schnellen Zugang zu Sendungsinformationen. So erhalten unsere Express-Kunden heute einen QR-Code und kein Etikett zum Ausdrucken, wenn sie das Porto für ihre Sendung über unsere App im Voraus bezahlen. Bei Abgabe des Pakets wird der QR-Code gescannt, woraufhin automatisch ein voradressiertes Etikett ausgedruckt wird. Noch cooler sind die von uns verwendeten QR-Datenlogger der nächsten Generation: Sensoren, die Änderungen der Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Erschütterungen überwachen und erfassen. Diese Geräte zeigen digitale QR-Codes an, die sich bei veränderten Bedingungen aktualisieren und einfach mit einem Smartphone gelesen werden können.

RFID

Die Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie wurde Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt, setzte sich aber erst im Zuge der Fortschritte in der Mikroelektronik in den 1990ern und frühen 2000er Jahren wirklich durch. Viele Einzelhändler begannen, RFID-Etiketten an ihrer Ware anzubringen und Lesegeräte (Sicherungsgates) zu installieren, um den Warenbestand zu verwalten oder Warendiebstähle am Ausgang zu verhindern. Anders als Barcodes können RFID-Etiketten auch aus größerer Entfernung ohne direkte Sichtverbindung zum Lesegerät gelesen werden. Das ermöglicht eine automatisierte und effizientere Bestandsverwaltung und Inventarisierung.

Wir testen und nutzen die RFID-Technologie bei DHL seit vielen Jahren. Ihre Vorteile sind jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden. Die erforderliche Infrastruktur ist komplex und nicht einfach skalierbar, da je nach Umgebung eigene Systemen mit speziellen Lesegeräten und Routern benötigt werden. Zudem funktioniert die RFID-Technologie nur in einer kontrollierten Umgebung mit spezieller Infrastruktur: Verlässt ein Etikett diese Umgebung, wird es nicht mehr erkannt. Wir bezeichnen dies als "Closed-Loop-System", also als in sich geschlossenes System.  Durch die jüngsten Innovationen ist RFID jedoch kostengünstiger geworden, sodass Supply-Chain-Managerinnen und -Manager mitunter wieder größeres Interesse an der Technologie zeigen (mehr dazu später).

Beacons

Die Bluetooth-Technologie wurde ursprünglich Mitte der 1990er Jahre als drahtloser Kommunikationsstandard für den Datenaustausch zwischen Geräten über kurze Distanzen entwickelt. Sie hat die Umsetzung von Beacon-Lösungen im Supply-Chain-Management vereinfacht, indem sie eine nahtlose und energieeffiziente Kommunikation zwischen Geräten ermöglicht. Beacons sind kleine Geräte, die strategisch an verschiedenen Stellen in der Lieferketteninfrastruktur platziert werden. Sie übertragen Signale, die von Handhelds, Smartphones oder anderen Bluetooth-fähigen Gateways empfangen werden können, und ermöglichen so eine genaue Nachverfolgung und Überwachung sowie den Austausch von Daten. Durch Anbringung Bluetooth-fähiger Sensoren oder Tags an Verpackungen, Paletten oder Containern können wir Echtzeitinformationen über Standort, Temperatur, Feuchtigkeit und andere Umgebungsbedingungen in einem zentralen System erfassen. Die Technologie hat dazu beigetragen, die Transparenz zu erhöhen, Ineffizienzen zu verringern und eine proaktive Entscheidungsfindung zu ermöglichen, was letztlich die Gesamteffizienz und Reaktionsfähigkeit der Lieferkettenabläufe verbessert. Die Einführung des Bluetooth Low Energy (BLE) Standards trägt zu einer Verlängerung der Batterielebensdauer von noch kleineren Geräten bei und ebnet so den Weg für Smart Labels.

Mit großer Begeisterung sehen wir bei DHL die jüngsten Innovationen im Bereich der Beacon-Lösungen, kleiner Sender oder Empfänger von BLE-Signalen, - vor allem die immer geringere Größe und den immer geringeren Energiebedarf von Mikroprozessoren und die Möglichkeit, papierdünne Beacons mit gedruckten Batterien zu produzieren. Wir beobachten diesen Trend genau und testen die neuesten Technologien, sobald sie verfügbar sind.

Wie bereits erwähnt, ist der Begriff Smart Label zu einem Schlagwort für alle Arten von Etiketten geworden, die mit Sensoren ausgestattet sind. Wir haben die Entwicklungen im Bereich der Smart Labels sehr genau verfolgt und fragen uns: Sind wirklich alle Sensoren smart?

Was ist zum Beispiel mit passiven RFID-Transpondern? Dabei handelt es sich um eine einfache, geradezu simple Technologie. Passive RFID-Transponder bestehen aus einem einfachen Trägerobjekt, im Wesentlichen einem Stück Metall mit einer Antenne, die mit einem Funksignal antwortet, wenn sie durch eine externe Energiequelle (in der Regel ein RFID-Lesegerät oder -Scanner) aktiviert wird. Das Trägerobjekt nutzt die Energie aus dem Funksignal des Lesegeräts zur vorübergehenden Stromversorgung, um seine gespeicherten Informationen an das Lesegerät zurückzusenden. Der RFID-Chip hat keine eigene Energieversorgung oder Rechenleistung.

Wir betrachten ein Gerät als smart, wenn es unabhängig betrieben werden kann und über Rechenleistung verfügt. Es muss ein aktiver und nicht ein passiver Teilnehmer im System sein und mehr als ein einfaches Signal senden.

Aktive und passive Systeme

Was genau meinen wir mit aktiv und passiv? Ein passives System haben wir gerade beschrieben. Ein einfaches RFID-Etikett kann selbst keine Informationen senden. Es benötigt dafür eine externe Energiequelle. Bei einem aktiven System sendet ein Gerät mit eigener Stromversorgung kontinuierlich Signale oder Daten. Ihr Bluetooth-Headset ist ein gutes Beispiel. Es sendet jede Millisekunde ein Signal aus, das von Ihrem Handy oder Laptop (in der Fachsprache als "Gateway" bezeichnet) empfangen wird. Das geläufigste Beispiel für ein aktives System ist die Mobilfunktechnologie, die das drahtlose Internet ermöglichte und die erste große Welle digitaler Lösungen in der Logistik anstieß. Drahtlostechnologien der nächsten Generation werden die Transparenz in der Lieferkette erhöhen und die Logistikabläufe weiter optimieren.

Leistungsstark und druckbar 

Jetzt kommen wir zu dem, was Smart Labels eigentlich ausmacht. Die Funktionalität an sich ist nicht neu. Wir verwenden bereits Bluetooth- oder Mobilfunktechnologien in kleinen Kunststoffgeräten, um Sendungen zu verfolgen und die Umgebungsbedingungen zu überwachen. Was Smart Printables so besonders macht, sind ihre Größe und Form, die nur durch neue Technologien möglich sind: druckbare Batterien und immer kleinere Mikrochips, die mit den gedruckten Minibatterien funktionieren, weil sie so wenig Energie brauchen.

Gedruckte Batterien lassen sich mithilfe spezieller Drucktechniken produzieren. Dabei werden mehrere Schichten von Batteriekomponenten wie Elektroden in einer präzisen Anordnung auf ein Substrat aufgebracht. Die so produzierte Batterie kann dünn und flexibel sein und in Größe und Form auf verschiedene Anwendungen wie zum Beispiel Etiketten zugeschnitten werden. Damit gehören Plastikboxen mit AA-Batterien in Sendungen der Vergangenheit an – stattdessen können wir jetzt ein flaches, batteriebetriebenes Modul auf die Außenseite des Pakets kleben.

Aber die Sache hat einen Haken: Die heute am Markt verfügbaren Smart Labels lassen sich nur mit einem speziellen Drucker ausdrucken, sind also keine günstige Lösung. Für eine weltweite Einführung von Smart-Label-Lösungen müssen wir diese Etiketten auch mit normalen Druckern ausdrucken können. Außerdem sind die Entwickler immer noch damit beschäftigt, Probleme mit gedruckten Batterien auszubügeln. Da sie zu schnell austrocknen und leer werden, müssen sie in einer dünnen Plastikhülle untergebracht werden, um sie feucht zu halten und ihre Lebensdauer zu verlängern.

Bei allem Hype sind Smart Labels daher noch keine wirtschaftliche Lösung für die Millionen von Paketen, Paletten und Containern, die wir täglich transportieren. 

Verstehen Sie uns nicht falsch. Die neuen Labels sind echt cool. Und wir haben jede Menge Spaß dabei, die Technologie gemeinsam mit Partnern zu testen und weiterzuentwickeln. Es sind spannende Zeiten! Und große Veränderungen stehen vor der Tür. Feiern werden wir das Smart Label aber erst, wenn es leistungsstark und in großem Maßstab druckbar ist. 

Einblick in die SmartLabels-Elemente

_{Quelle: SmartLabel-Prototyp von Hynsung, 2023}

Leistungsstärke und Druckbarkeit sind die revolutionären Aspekte der neuen Technologie. Deshalb haben wir den Begriff "Smart Printable" für die nächste, derzeit in der Entwicklung befindliche Generation von Smart Labels gewählt. Mit Smart Printables können wir Dinge tun, die wir bisher nicht auf globaler Ebene tun konnten, weil wir sie wie gewöhnliche Barcode-Etiketten drucken und auf alles aufkleben können.

Für die Logistik und das Supply-Chain-Management bedeutet das:

Zustellnachweis und Öffnung

Eine der wichtigsten Anwendungen ist der Zustellnachweis. Für die normale Sendungsverfolgung brauchen wir an sich keine Smart Labels (dafür reichen die verfügbaren Tracking-Geräte). Aber Smart Printables werden es uns ermöglichen festzustellen, wann ein Paket geöffnet wird, und den Zustellnachweis zu verifizieren. Wir werden mehr Transparenz haben, Sendungsschritte in Echtzeit einsehen können und in der Lage sein zu prüfen, ob der einzelne Schritt genehmigt wurde. Noch etwas weitergedacht, könnten Smart Printables auf der Verpackung verschreibungspflichtiger Medikamente helfen, Verbleib und Nutzung der Arzneimittel zu verfolgen und zu überwachen – eine Innovation, die die medizinische Versorgung und die Leistungen für Patientinnen und Patienten erheblich verbessern könnte.

Einige aktuell verfügbare Smart Labels können erkennen, wenn eine Sendung geöffnet wird, haben aber zwei Nachteile. Erstens sind diese Etiketten immer noch sehr teuer, sodass sich ihr Einsatz nur bei Sendungen mit einem hohen Warenwert rechnet. Zweitens können diese Etiketten nur erkennen, wenn das Paket auf einer bestimmten Seite geöffnet wird. Entwickler von Smart Labels müssen Lösungen entwickeln, die erkennen, wenn ein Paket auf einer beliebigen Seite geöffnet wird.

Transparenz und Effizienz in der Lieferkette

Smart Printables werden die Transparenz in der gesamten Lieferkette erheblich erhöhen und die Abläufe schneller und effizienter machen. Wir werden sie schnell und einfach skalieren können, da wir sie in Zukunft zu geringen Kosten drucken und auf jede Sendung aufbringen können. Und wir werden keine komplexe und teure Scan-Infrastruktur entlang der Lieferkette installieren müssen, um sie zu lesen. Stattdessen werden wir die bestehende Gateway-Technologie mit direktem Internetzugang nutzen können. Spezielle Gateways, geschlossene Netzwerke oder WLAN-Zonen werden nicht benötigt.

Diese Smart Labels der nächsten Generation, die auf Bluetooth- oder Mobilfunktechnologie basieren, haben einen geringeren Energieverbrauch und eine größere Lesereichweite. Das bedeutet, dass unsere Supply-Chain-Manager mit nur wenigen Hotspot-Geräten ganze Distributionszentren und Lager abdecken können werden. Und unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der Zustellung werden die Ladung ihres Fahrzeugs auf einmal und mit einem einzigen Handheld scannen können. Außerdem werden sie nicht nur wissen, ob sich ein Paket in ihrem Transporter befindet, sondern auch, wo es sich genau befindet. Darüber hinaus werden Smart Printables schnellere Abläufe und einen höheren Durchsatz in den Distributionszentren ermöglichen und die Kommissionierung in den Fullfillment-Zentren beschleunigen. Durch die Integration von GPS-Technologie in mobilfunkgestützte Smart Printables werden wir zudem den Standort einzelner Pakete in Echtzeit ermitteln können.

Smart Labels sorgen für Aufsehen. Viele Fachmedien und Marktberichte bringen die Technologien jedoch durcheinander. Beispielsweise werfen sie RFID-Etiketten mit fortschrittlicheren Lösungen in einen Topf und verwirren so Kunden und potenzielle Endnutzer. Mit diesem Artikel möchten wir einen Beitrag zu mehr Klarheit leisten. Hier noch einmal die wichtigsten Punkte auf einen Blick:

1. Smart Labels sind im Kommen, aber noch nicht ausgereift

Smart Labels sind in aller Munde, aber die Technologie ist noch nicht ausreichend ausgereift und die verfügbaren Lösungen sind noch nicht weltweit skalierbar. Für den millionenfachen Einsatz von Smart Labels bedarf es weiterer Verbesserungen bei druckbaren Batterien (eine längere Batterielebensdauer) sowie niedrigerer Druckkosten pro Stück. Um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, muss die Sensortechnologie zudem alle Seiten des Pakets abdecken, und für eine breite Anwendung der Technologie in der Luftfracht müssen erst noch mehr Fluggesellschaften Smart Labels in ihren Flugzeugen zulassen. Die aktuelle Generation der Smart Labels ist nur für Nischenanwendungen wie Sendungen mit einem hohen Warenwert wirtschaftlich.

2. RFID hat seine Berechtigung, ist aber nicht "smart"

Die großen Hoffnungen der Logistikindustrie an die RFID-Technologie haben sich bislang nicht erfüllt, weil sie einfach zu teuer ist. Jüngste Entwicklungen haben die Kosten reduziert und eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten, wodurch die Technologie zuletzt breitere Anwendung gefunden hat. Wenn Sie Lager- oder Supply-Chain-Managerin oder -Manager sind, sollten Sie sich diese neuen Anwendungsmöglichkeiten vermutlich einmal genauer ansehen. Allerdings darf nicht vergessen werden, dass diese Lösungen nur in geschlossenen Netzwerken funktionieren. Das heißt: Ohne die richtige Infrastruktur läuft nichts.

3. Semi-aktive Lösungen als mögliche Alternative

Der BLE-Standard macht es möglich, die Stärken von passiven und aktiven Geräten zu vertretbareren Kosten zu kombinieren. Als deutlich weniger energieintensive Technologie eignet sich BLE ideal für die energieeffiziente drahtlose Kommunikation, die für winzige intelligente Sensoren und andere IoT-Geräte benötigt wird. Semi-aktive Geräte haben eine eingebaute Batterie, können aber in den Ruhemodus versetzt werden, wenn sie nicht benutzt werden, und so den Energieverbrauch noch weiter reduzieren. Und sie können von jedem Smartphone gelesen werden. 

4. Keine Einheitslösung

Entgegen den Behauptungen einiger Hersteller gibt es kein einheitliches Smart Label, das für alle Zwecke geeignet ist. Das bleibt ein Wunschtraum. Zudem ist nicht jedes Label wirklich smart und es ist schwierig, smarte Funktionen in kostengünstige, papierdünne Aufkleber zu integrieren. Also lassen Sie sich nicht vom Hype mitreißen, sondern überlegen Sie sich genau, was Sie brauchen, bevor Sie nach möglichen Lösungen suchen. 

Die Entwicklungsgeschichte von Barcodes zu Beacons ist faszinierend – und das Smart Label eine fantastische Erfindung. Am gespanntesten sind wir aber auf die nächste Generation der Smart Labels. "Smart Printables" stehen für einen geringen Energieverbrauch, eine einfache Infrastruktur und scheinbar unbegrenzte Möglichkeiten. 

Deshalb haben wir hinter den Hype geschaut und einen Begriff geprägt, den wir in unseren Gesprächen mit Herstellern und in gemeinsamen Tests der neuesten Lösungen verwenden können. In modernen Lieferketten kommen natürlich viele Sensortechnologien zum Einsatz, aber Lösungen, die smart und druckbar sind, gibt es noch nicht. Wir wissen, was Logistik- und Supply-Chain-Manager brauchen. Sobald "Smart Printables" bereitstehen, werden wir bereit sein, sie zu nutzen.