Neugebaue , Julian; Heilig, Leona d; Voß, S e an
A icle — Published Ve sion
An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen
Zwillings im Con aine e minal
HMD P axis de Wi scha sin o ma ik
P o ided in Coope a ion wi h:
Sp inge Na u e
Sugges ed Ci a ion: Neugebaue , Julian; Heilig, Leona d; Voß, S e an (2023) : An o de ungsanalyse
zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal, HMD P axis de
Wi scha sin o ma ik, ISSN 2198-2775, Sp inge Fachmedien Wiesbaden GmbH, Wiesbaden, Vol.
60, Iss. 1, pp. 110-131,
h ps://doi.o g/10.1365/s40702-022-00941-1
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h ps://hdl.handle.ne /10419/312845
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h ps://doi.o g/10.1365/s40702-022-00941-1
HMD P axis de Wi scha sin o ma ik (2023) 60:110–131
An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen
Zwillings im Con aine e minal
Julian Neugebaue · Leona d Heilig · S e an Voß
Eingegangen: 5. No embe 2022 / Angenommen: 13. Dezembe 2022 / Online publizie : 23. Janua 2023
© De /die Au o (en) 2023
Zusammen assung Diese Bei ag besch eib das Vo gehen zu E mi lung on
Use Cases und zu An o de ungsanalyse im Rahmen de En wicklung eines di-
gi alen Zwillings ü den EUROGATE Con aine e minal im Hambu ge Ha en.
En scheidend ü die Umse zung des P ojek s TwinSim is , dass de digi ale Zwil-
ling die ope a i en und disposi i en Au gaben und P ozesse de Con aine e minals
un e s ü z und da übe hinaus, u.a., du ch Anwendung eine simula ionsbasie en
Op imie ung, esilien e und umwel eundliche e Abläu e gewäh leis e . Dazu wu -
den Use Cases aus dem ope a i en Be ieb des Con aine e minals im Rahmen on
Wo kshops mi hil e on Design Thinking Me hoden e ass , anhand eine Nu zwe -
analyse bewe e und ü eine Umse zung ausgewähl . Die o ges ell e Vo gehens-
weise besch eib zudem Ansä ze, die zu Fes legung de Umse zungs eihen olge
e wende we den können und Syne giee ek e zwischen den Use Cases au Basis
de e ügba en IoT-Ge ä e be ücksich igen. Insbesonde e au g und de echnisch
komplexen Umse zungsziele und de Fo de ung nach agilem A bei en kann die
Vo gehensweise zu An o de ungsanalyse als Re e enz ü ähnliche Logis ik 4.0-
P ojek e angesehen we den.
Schlüsselwö e An o de ungsanalyse · Digi ale Zwilling · Con aine e minal ·
TwinSim · Use Case
Julian Neugebaue · Leona d Heilig · S e an Voß
Ins i u ü Wi scha sin o ma ik (IWI), Uni e si ä Hambu g, Von-Melle-Pa k 5, 20146 Hambu g,
Deu schland
E-Mail: julian.neugebaue @uni-hambu g.de
Leona d Heilig
E-Mail: leona d.heilig@uni-hambu g.de
S e an Voß
E-Mail: s e an. oss@uni-hambu g.de
K
An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 111
Requi emen s Analysis o he Implemen a ion o a Digi al Twin in a
Con aine Te minal
Abs ac This pape desc ibes he p ocedu e o he iden i ica ion o use cases
and he equi emen s assessmen in he con ex o he de elopmen o a digi al
win o he EUROGATE con aine e minal in he Po o Hambu g. I is c u-
cial o he implemen a ion o he TwinSim p ojec ha he digi al win suppo s
he ope a ional and scheduling asks and p ocesses o he con aine e minal and,
u he mo e, ensu es esilien and en i onmen ally iendly p ocesses by applying
simula ion-based op imiza ion, among o he hings. To his end, use cases om he
con aine e minal’s ope a ions we e eco ded in wo kshops using design hinking
me hods, e alua ed using a cos u ili y analysis, and selec ed o implemen a ion.
The p esen ed me hodology also desc ibes app oaches ha can be used o de e mine
he implemen a ion sequence and ake in o accoun syne gy e ec s be ween he use
cases based on he a ailable IoT de ices. Pa icula ly due o he echnically complex
implemen a ion goals and he equi emen o agile wo k, he equi emen s analysis
p ocedu e can be ega ded as a e e ence o simila Logis ics 4.0 p ojec s.
Keywo ds Requi emen s analysis · Digi al win · Con aine e minal · TwinSim ·
Use case
1 Einlei ung
Als wich iges Bindeglied inne halb on globalen Lie e ke en sind Con aine e mi-
nals in besonde em Maße ge o de neue Op imie ungspo enziale zu e kennen, be-
we en und ad essie en zu können (OECD 2022). Du ch den Einsa z digi ale Tech-
nologien im Um eld de Indus ie 4.0 kann die T anspa enz in Abläu en maßgeblich
e höh we den. Dies bilde zusammen mi Ve ah en de küns lichen In elligenz eine
wich ige G undlage ü ope a i e und s a egische En scheidungen (Sh es ha e al
2019). Ein kon inuie lich s eigende Kos en- und We bewe bsd uck e o de die
E kennung und Analyse ope a i e Schwachs ellen sowie da enge iebene En schei-
dungen zu Ve besse ung de Ha enp ozesse (Buss 2018). De digi ale Zwilling gil
als Schlüssel echnologie de Logis ik 4.0 und e möglich eine Abbildung on physi-
schen Sys emen in de digi alen Wel . In den le z en Jah en haben digi ale Zwillinge
in de Ha enindus ie zunehmend an Bedeu ung gewonnen siehe, z.B. Po Tech-
nology (2021). Dennoch kann es ges ell we den, dass bislang kaum olls ändige
digi ale Zwillinge in diesem Kon ex en wickel wu den.
Digi ale Zwillinge sind iel äl ig, e einen e schiedene Domänen und müssen
au Anwendungs älle zugeschni en we den (Riedelsheime e al 2021). Unabhän-
gig on de ausgewähl en Vo gehensweise zu En wicklung eines digi alen Zwillings
e o de die Ausges al ung eines digi alen Zwillings zu Lösung be iebliche P o-
blems ellungen und Au gaben dahe imme eine aus üh liche An o de ungsanaly-
se (Riedelsheime e al 2021). Das beinhal e u.a. eine P ozess- und In o ma ionsbe-
da sanalyse, die siche s ellen soll, dass Au gaben und En scheidungsp ozesse du ch
den digi alen Zwilling besse un e s ü z we den können. Ande e sei s e geben sich
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112 J. Neugebaue e al.
du ch die im digi alen Zwilling eingese z en Technologien neue Po enziale, die zu
Ve besse ung und Au oma isie ung on be ieblichen Abläu en und En scheidungs-
p ozessen genu z we den können und ü eine e höh e T anspa enz so gen (Ebe lein
e al 2018). Um siche zus ellen, dass de digi ale Zwilling den An o de ungen des
Un e nehmens en sp ich , is die Abs immung mi allen Be eilig en ü die Akzep-
anz on en scheidende Bedeu ung. Die speziellen Eigenscha en eines digi alen
Zwillings üh en zu eine höhe en Komplexi ä des esul ie enden In o ma ions-
bzw. En scheidungsun e s ü zungssys ems. Im Kon ex de Ha enindus ie, insbe-
sonde e im Con aine e minalbe ieb, ehl es momen an an konk e en Beispielen,
wie eine An o de ungsanalyse ü digi ale Zwillinge du chge üh we den kann und
welche Anwendungs älle sich dadu ch e geben. Dies is besonde s wich ig, weil
auch Con aine e minals als einziga ige Gliede in globalen Lie e ke en beson-
de s be ücksich ig we den soll en (Duin e al 2021). Die konk e en E gebnisse de
An o de ungsanalyse können hel en, e allgemeine e Aussagen zu En wicklung
digi ale Zwillinge im Kon ex on Indus ie 4.0 zu e en, abe auch spezi ische
E kenn nisse ü den Themenbe eich de Con aine e minals zu e a bei en.
Diese A ikel besch eib die exempla ische An o de ungsanalyse und E assung
on Anwendungs ällen ü die En wicklung eines digi alen Zwillings im Kon ex
on Con aine e minals. Es we den Me hoden wie die Nu zwe analyse und Design
Thinking be ach e sowie die p ak ische Anwendung im Rahmen des P ojek s Twin-
Sim besch ieben. Digi ale Zwillinge e einen iele e schiedene Technologien, die
ü un e schiedliche Zwecke eingese z we den können und somi neue Einblicke
und Ansä ze ü Ve besse ungen in Hä en lie e n können (Ho mann and B anding
2019). Die Umse zung in mode nen Hä en und Con aine e minals un e scheide
sich als Folge deu lich. So se z bspw. de Ha en in An we pen-B ügge be ei s einen
olls ändigen digi alen Zwilling inklusi e au onome D ohnen ein, wäh end ande e
Hä en kaum digi alisie sind (Neugebaue e al 2022). Demzu olge soll en neben
den achlichen An o de ungen auch die Möglichkei en e schiedene Technologien
be ücksich ig we den, um das IT-Business-Alignmen zu gewäh leis en (Lu man
2003). Zu E mi lung de achlichen An o de ungen lieg de Fokus au de Iden i-
izie ung on Use Cases, die zu eine zielge ich e en Umse zung des digi alen Zwil-
lings üh en sollen. Fe ne we den die iden i izie en Use Cases du ch unk ionale
und nich - unk ionale An o de ungen de aillie . Du ch das besch iebene Vo gehen
wi d inne halb des Fo schungsp ojek es TwinSim siche ges ell , dass wesen liche
An o de ungen on iden i izie en S akeholde n, insbesonde e aus den Be eichen
Technik und Ope a ions, iden i izie , bewe e und ü die Umse zung p io isie
we den können. Ein Beispiel ü einen echnischen Use Case is die Ve meidung
on nied igem Rei end uck bei einem S addle Ca ie du ch die kon inuie liche
Messung und p ädik i e Auswe ung on Fah zeugda en. Hie du ch können Aus äl-
le du ch p oak i e Maßnahmen und o ganisa o ische P ozesse e mieden we den.
Wei e e ope a i e Anwendungs älle sind übe dies die Simula ion on Te minalp o-
zessen und die Op imie ung on Fah wegen.
Die komplexen Komponen en und Möglichkei en de Umse zung on Logis ik
4.0-P ojek en bie en demen sp echend eine gu e Möglichkei , den speziellen An-
o de ungsanalysep ozess, de du ch das TwinSim P ojek e o de lich wi d, bei-
spielha zu beleuch en. Nach eine ku zen Ein üh ung in die Be eiche Logis ik 4.0,
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An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 113
digi ale Zwillinge und An o de ungsanalyse in Abschn. 2wi d in Abschn. 3de
digi ale Zwilling im P ojek TwinSim e läu e . Die Vo gehensweise zu E mi lung
on An o de ungen inne halb des Fo schungsp ojek s TwinSim wi d in Abschn. 4
besch ieben. Die gewonnenen E kenn nisse we den abschließend in Abschn. 5da -
geleg .
2 G undlagen und me hodische Hin e g und
Zunächs is es on en scheidende Bedeu ung, zu de inie en, was Logis ik 4.0 be-
deu e und wie digi ale Zwillinge und eine An o de ungsanalyse mi diese zusam-
menhängen. Dahe sollen nach olgend eben diese g undlegenden Themen e ö e
we den. Die d ei Themenbe eiche we den anschließend in den Aus üh ungen zu
An o de ungsanalyse in Abschn. 4p ak isch e knüp .
2.1 Logis ik 4.0
Logis ik 4.0 bezeichne g undlegend die Ve knüp ung de ie en indus iellen Re-
olu ion (Indus ie 4.0) mi ih en Auswi kungen au die Logis ik. Dabei besch eib
Indus ie 4.0 die in elligen e Ve ne zung on Maschinen und P ozessen in de Wi -
scha mi Un e s ü zung on In o ma ions echnologie (IT).Die Digi alisie ung is
dabei Ke nbes and eil und lie e neue Möglichkei en, du ch Da en on Maschinen
und das digi ale Abbilden on P ozessen die Da en in nahezu Ech zei zu e a -
bei en und auszu auschen (U bach and Ahlemann 2017). Folglich lassen sich dami
ganze We schöp ungske en op imie en, abe auch P ozesse mi einem De ailg ad
digi al abbilden, welche bislang nich möglich wa (Sucky and Asdecke 2019).
In Bezug au Logis iksys eme sind somi Rou enop imie ungen on ganzen LKW-
Flo en ebenso wie die au oma ische Ve agsabwicklung bei Lie e ung ode das
Nach e olgen on wel wei en Wa enbewegungen Bes and eile on Logis ik 4.0.
Die Op imie ungen on z.B. Wa en anspo en ode Lage p ozessen inne halb eine
O ganisa ion können abe eben alls un e Logis ik 4.0 ge ass we den (Bouson ille
2017).
Au g und hohe An o de ungen a bei en iele Logis ikun e nehmen an de digi-
alen T ans o ma ion, z.B. du ch die Einbindung on digi alen Ma k plä zen ode
die Anbindung on Senso en (Bi kom 2022). Dabei is jedoch de un e schiedliche
Digi alisie ungss and als Basis de T ans o ma ion zu be ücksich igen, wie dies im
Ha en- und Te minalkon ex eben alls sich ba is (Neugebaue e al 2022). Wie ie-
le Da en in einem Logis ikun e nehmen be ei s gesammel ode e a bei e we den,
ha bspw. di ek en Ein luss au die Rahmenbedingungen ü die Umse zung digi ale
Schlüssel echnologien als Teil on Logis ik 4.0 (Heilig e al 2017b). Zu den digi-
alen Schlüssel echnologien gehö en un e ande em das In e ne de Dinge (IoT),
Big Da a, Simula ionen und Cloud Compu ing (Pis o ius 2020). Die Lis e de an-
wendba en Technologien um ass unzählige Wei e e, die zu Anwendungs ällen wie
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de Lie e ke enübe wachung ode de in elligen en Wa ung und S eue ung genu z
we den können (Te zie e al 2020).1
Im Allgemeinen lassen sich die meis en de wissenscha lichen De ini ionen zu
Logis ik 4.0 au die Auswi kungen des Pa adigmenwechsels in de P oduk ion hin
zu Massenindi idualisie ung zu ück üh en. Die Ve ände ungen de Logis ikp ozes-
se au den Einsa z digi ale Technologien und die Bedeu ung des Menschen, de in
seine Rolle als Mi a bei ende , Kunde und ande e S akeholde be ach e wi d, sind
jedoch eben alls Teil de De ini ion (Winkelhaus and G osse 2020). Diese Be eiche
müssen im Folgenden be ach e we den. Die im besch iebenen Fo schungsp ojek
e wende e Technologie des digi alen Zwillings soll nach olgend nähe e ö e we -
den.
2.2 Digi ale Zwilling als Bes and eil de Logis ik 4.0
Obwohl de digi ale Zwilling o auch als „Cybe -Physisches Sys em“ (CPS) be-
zeichne wi d, kann ein digi ale Zwilling als „ i uelle Da s ellung eines physi-
schen Sys ems (und seine zugehö igen Umgebung und P ozesse), welches du ch
den Aus ausch on In o ma ionen zwischen dem physischen und dem i uellen
Sys em ak ualisie wi d“ (Van De Ho n and Mahade an 2021), besch ieben we -
den. Diese De ini ion is aus eine Übe p ü ung iele De ini ionen in de Li e a u
abgelei e und s ell den ak uellen S and de Fo schung da . Dabei g enz sich de
digi ale Zwilling du ch die eins zu eins In eg a ionsebene om CPS ab (Tao e al
2019). Wie in Abb. 1da ges ell , is de In o ma ions luss zwischen dem physi-
schen und dem digi alen Objek eines Zwillings olls ändig in eg ie und in alle
Rich ungen au oma isie , was wiede um die Me kmale eines digi alen Zwillings
besch eib . Jede digi ale Zwilling en häl ein Modell on unbes imm e Komple-
xi ä , welches ein ep äsen a i es Ve hal en des physischen Sys ems ode Be ieb
Abb. 1 Un e scheidung de Ebenen des digi alen Zwillings (Fulle e al 2020)
1Eine aus üh liche Übe sich mögliche Technologien und In o ma ionssys eme im Kon ex on Hä en
und Logis ik 4.0 wi d in Heilig and Voß (2017) gegeben.
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An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 115
des Zwillings abbilde (Fulle e al 2020). Ein digi ale Zwilling is e s dann ea-
lisie , wenn die zug unde liegenden P ozesse und Ve ände ungen aus dem Be ieb
au oma isch den Zwilling e ände n sowie das Ve hal en und Le nen des Zwillings
du ch En scheidungen au oma isch in den physischen Be ieb ein ließen (G ie es
and Vicke s 2017). Im Gegensa z dazu wi d ein digi ale Scha en als einsei ige
In eg a ion besch ieben.
Ein Beispiel is die In eg a ion on nahezu Ech zei da en, die du ch das Modell
ange eiche , in 3D isualisie und dann du ch eine Pe son analysie we den. In
de P axis könn e das Modell eines S addle Ca ie s au de G undlage on nahe-
zu Ech zei da en zeigen, dass ein Wei e ah en mi de gleichen Geschwindigkei
zu eine Übe hi zung üh . Demen sp echend kann das echnische Pe sonal den
Fah enden au o de n, langsame zu ah en. Nach diesen De ini ionen könn e das
digi ale Un e s ü zungssys em z.B. ein 3D-Modell ode eine echnische Dokumen-
a ionsda ei sein. Dies bedeu e , dass es keinen au oma isie en Da en luss ode eine
Ak ualisie ung zwischen dem digi alen Modell ode Sys em und dem physischen
Objek ode P ozess gib . Digi ale Zwillinge bilden in de Regel die G undlage
ü eine ech zei nahe und hoch e ek i e digi ale Rep äsen a ion on Objek en ode
Sys emen zu Wei e e wendung im Rahmen de Op imie ung, Simula ion ode ü
ande e echnologische Anwendungen (Zheng e al 2019). Bei o dnungsgemäße
Umse zung eines digi alen Zwillings übe wiegen jedoch die Vo eile de Kos en-
senkung und de Scha ung neue Einnahmemöglichkei en die Schwie igkei en, die
bei de Umse zung zu übe winden sind (Min 2022). Da übe hinaus können die im
digi alen Zwilling en hal enen Simula ionen in Logis ikp ozessen und -un e nehmen
au de G undlage de digi alisie en Sys eme dazu bei agen, komplexe Sys eme zu
bewe en, zu op imie en und soga wei e e Da en zu gene ie en. Dies bie e neue
Möglichkei en, die komplexen Sys eme zu analysie en und ku z- bis lang is ig ü
Ve besse ungen zu nu zen (Zhou e al 2018).
T o z de besch iebenen Vo eile sind digi ale Zwillinge bishe o allem im
Kon ex on Con aine e minals ehe sel en ode meis au Teilkomponen en be-
sch änk . Zudem besch eiben die meis en wissenscha lichen A bei en ehe digi ale
Scha en (Neugebaue e al 2022). Dennoch gib es beispielha e P ojek e ü di-
gi ale Zwillinge, die auch E kenn nisse ü das in Abschn. 3besch iebene P ojek
bie en. Beispielha is das Zwillingsmodell im Ha en on Anzio (I alien) ü die
Planung und Kon olle des Ene gie e b auchs und die op imie e Implemen ie ung
on e neue ba en Ene giesys emen (Agos inelli e al 2022). Das on Szpy ko and
Dua e (2019) besch iebene Zwillingsmodell eine Con aine b ücke kann eben alls
als Ausgangspunk ü Teilkomponen en des in Abschn. 3besch iebenen P ojek s
angesehen we den. Noch g öße en Ein luss haben jedoch die hema isch nähe ge-
legenen Fo schungsa bei en in Long Beach bzw. Los Angeles (USA) und Singapu .
In de E s en wi d die En scheidungsun e s ü zung ü In as uk u siche hei im
Ha enbe eich hema isie (Lennon e al 2012). In de Zwei en haben insbeson-
de e die Simula ionskomponen en Implika ionen ü das besch iebene P ojek in
Hambu g (Li e al 2020). Einen digi alen Zwilling, wie diese im P ojek TwinSim
umgese z we den soll, gib es ak uell alle dings noch nich , o zdem sind die um-
assenden Fo schungen zu Modellie ung und Simula ion g oße Hil es ellungen. Au-
ße dem gib es be ei s einen um ang eichen Fo schungss and zu den e schiedenen
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116 J. Neugebaue e al.
echnischen Be eichen, sodass die ak uelle Fo schung zumindes ü die einzelnen
Komponen en, abe auch ü Op imie ungen de meis en Be eiche genu z we den
kann. De Um ang des P ojek s is de zei neua ig, insbesonde e du ch die Kombi-
na ion de e schiedenen Op imie ungsp obleme und die olls ändige Modellie ung
alle P ozesse anhand on Ech zei da en. Es gib de zei keine p ak ischen Be ich e
übe die An o de ungsanalyse ü solche P ojek e, obwohl Beispiele aus ande en
Be eichen he angezogen we den können.
Zusammen assend bedeu e dies ü die Umse zung des digi alen Zwillings im
P ojek , dass eine sinn olle Ve knüp ung de be ei s bes ehenden A bei en e olgen
muss, wobei ein Wissens ans e aus ande en Themenbe eichen z.B. ü den An o -
de ungsanalysep ozess sinn oll is . Allgemein üh die Komplexi ä , welche sich
aus dem Um eld de Con aine e minals und die g oße Anzahl on S akeholde n
in den Logis ikp ozessen e gib , zu eine komplexen De ini ion on An o de ungen
und Anwendungs ällen (Use Cases), weshalb nach olgend eben diese Themen nähe
be ach e we den.
2.3 An o de ungs- und Use Case E mi lung
Jegliche Digi alisie ung ode digi ale T ans o ma ion soll e, um dami zusammen-
hängende Ziele zu e eichen, au Basis on konk e en An o de ungen und An-
wendungen e olgen. Hie bei soll e eben alls be ücksich ig we den, ob bei eine
bes imm en An o de ung übe haup eine Lösung mi els IT zu dem gewünsch en
E gebnis üh en kann. Dies bean wo e in de Regel eben alls, ob es sich um ein
Logis ik 4.0-Thema handel . Die An o de ungsanalyse und -e mi lung inne halb
de IT, häu ig als Requi emen s Enginee ing bezeichne , dien zu s uk u ie en
E mi lung eine zu e üllenden Ziels ellung (He mann 2022; Balze 2009). Dies
kann ein Soll-P ozess sein, abe auch ein zu e üllendes Me kmal eines P oduk s
ode eine So wa e. Um siche zus ellen, dass alle An o de ungen olls ändig, in
de ich igen Quali ä und De ailgenauigkei und on allen ele an en Pa eien en -
hal en sind, gib es eine Vielzahl on Me hoden und Vo gehensweisen. Nach olgend
sollen nich alle in F age kommenden Me hoden au gelis e 2, sonde n ielmeh die
im p ak ischen Beispiel in Abschn. 4 e wende en Me hoden e läu e we den. Ein
besonde e Fokus lieg dabei au den Use Cases, welche in dem P ozess de An o -
de ungse mi lung inkludie we den.
Ange angen bei de Auswahl de ele an en S akeholde kann insbesonde e die
S akeholde -Analyse ein geeigne es Mi el sein. Hie bei we den zue s alle be o -
enen S akeholde iden i izie und dann en sp echend ih e S ellung und ih es Ein-
lusses im Un e nehmen sowie bezüglich ih e In e essen eingeo dne (Ecke and
T au ni z 2016). Dies kann eben alls g a isch e olgen, indem Ein luss und In e es-
se au zwei Koo dina enachsen gezeichne we den und die jeweiligen S akeholde
demen sp echend im Diag amm eingeo dne we den (He mann 2022). Bei g oßen
P ojek en, wie dem in Abschn. 4besch iebenen, eignen sich übe dies gesonde e
Analysen je nach O ganisa ion.
2Fü eine Übe sich siehe z.B. Rupp e al (2009).
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An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 117
Abb. 2 Design Thinking P ozess (Maedche e al 2012)
Is die Iden i ika ion de ele an en S akeholde abgeschlossen, so bie e die Me-
hode des Design Thinkings, welche in Abb. 2da ges ell wi d, einen gu en Lei -
aden ü das wei e e Vo gehen. Design Thinking üh p oblemo ien ie zu neuen
Lösungsansä zen und kann zumindes an ielen S ellen de An o de ungse mi lung
eine Un e s ü zung bie en (Meinel e al 2011).
Im Rahmen de An o de ungse mi lung is insbesonde e wich ig zu e s ehen,
welche He aus o de ungen ü welche P ozesse exis ie en, die olglich eine Chance
zu Ve besse ung bie en können (Wäch e and Bullinge 2016). Dabei soll e nich
nu ein P ozess e s anden we den, sonde n die Wünsche und An o de ungen de
jeweiligen S akeholde . Me hoden wie Pe sona-Vo lagen ode Use S o ys, also An-
wende e zählungen, die aus dem agilen A bei en en s anden sind und bspw. im
Rahmen on SCRUM Ve wendung inden, können dazu dienen, den ak uellen P o-
zess und die He aus o de ungen zu e s ehen und es zuhal en (Ol e sdo 2016).
Abhängig on de Komplexi ä de jeweiligen zu lösenden He aus o de ung können,
nach de Au nahme de P oblems ellung, Lösungsideen ideale weise zusammen mi
den S akeholde n gesuch we den. Hie bei können Me hoden wie In e iews, Mind-
maps, B ains o ming und iele Wei e e, eben alls Un e s ü zung bie en (Rupp e al
2009).
Im Anschluss an den P ozess de Ideen indung e geben sich Use Cases. Übe den
P ozess de An o de ungse mi lung und die dazugehö igen Me hoden lassen sich
unk ionale und nich unk ionale An o de ungen gleiche maßen e mi eln (He -
mann 2022). Es is olglich zu e wa en, dass du ch die e schiedenen S akeholde
die gewünsch en Funk ionen und Soll-P ozesse de inie we den. Zusä zlich e geben
sich alle dings auch echnische An o de ungen ode solche, die sich anschließend
in echnische An o de ungen übe agen lassen. Ein Beispiel wä e, dass ein S ake-
holde den ak uellen S ando eines Fah zeugs sehen möch e. Hie ü müssen ech-
nische An o de ungen implemen ie we den, wie z.B. das E assen und Speiche n
de S ando in o ma ionen sowie dessen Visualisie ung. Diese können bezogen au
die jeweiligen Use Cases gesammel be ach e we den und noch um die ak uellen
P ozesse und wei e e K i e ien e wei e we den, sodass ein ganzhei liches Bild des
jeweiligen Use Cases en s eh . Auch Be agungen de S akeholde zu geschä z en
Umse zungsdaue - ode Kos en sowie die Implika ionen des jeweiligen Use Cases
können e gänz we den, sodass ein um ang eiches Las enhe en s eh . Das Einhal-
en eines o gegebenen Rei end ucks als Use Case wü de z.B. die An o de ung
de Übe wachung, abe auch den P ozess des Nach üllens on Lu um assen. Es
könn en demen sp echend auch Kos en ü die Nach üs ung on Rei end ucksenso-
K
124 J. Neugebaue e al.
P ozess e besse ungen (P ozesskos en de eingespa en Zei , de mone ä en Ein-
spa ungen ode au g und on Ve besse ungen des In o ma ions lusses),
A bei ssiche hei ,
P ozessebene (ope a i e Ke np ozess ode un e s ü zende P ozess),
Ökologische Nachhal igkei ,
Geschä ze Umse zungsdaue ,
Geschä ze Umse zungskos en,
Skalie ba kei (gleiche Umse zung au wei e en Ge ä en ode Sys emen),
E wei e ba kei (Nu zen/G undlage ü zusä zliche P ozesse/Funk ionen),
S a egie ele anz und Langlebigkei (Rele anz des Use Cases bei zukün igen Ve -
ände ungen des ope a i en P ozesses).
Die Besch eibung zu Bedeu ung des Use Cases in Bezug au diese K i e ien du ch
die Ideengebenden wu de be ei s übe die Use Case Vo lage siche ges ell und in
de d i en Phase bei de Au nahme de Use Cases beach e . Da übe hinaus wu de
zusä zliche In o ma ionen zu den jeweiligen K i e ien du ch die jeweiligen Spezia-
lis en in den Be eichen e gänz . Dabei wu de bspw. ü die Fah wegop imie ung in
nahezu allen Be eichen eine posi i e Bewe ung ausgesp ochen, da die Implika i-
on unmi elba alle K i e ien be a en. Lediglich die Umse zungskos en und -daue
wu den ehe nied ig bewe e , da die Umse zung als komplex und um ang eich ein-
geschä z wu de. Die Auswahl de bewe enden Pe sonen and au Basis de o ab
iden i izie en S akeholde s a . Es wu den ie S akeholde g uppen ü die Aus-
wahl iden i izie . Die G uppen se z en sich aus dem ope a i en Geschä , de IT-
Ab eilung, de Ab eilung ü die Wa ung und Ins andhal ung und den ope a i en
Mi a bei enden aus den S ando en de Con aine e minals zusammen. Die bewe -
enden Pe sonen aus den ie G uppen wu den anschließend zu ällig zu den jewei-
ligen Use Cases ü die Bewe ung diese ausgewähl , sodass keine ma hema isch
signi ikan e Beein lussung ode Abhängigkei de Bewe ung im Rahmen de Nu z-
we analyse möglich wa . Die Bewe ung als solche wu de anschließend au Basis
eine ün s u igen Like -Skala ü jeden Use Case du chge üh . Zusä zlich wu den
ü die Bewe ung Hil es ellungen, Besch eibungs ex e und Beispiele gegeben, um
ein möglichs einhei liches Ve s ändnis bei den bewe enden Pe sonen zu e zielen.
Im Rahmen de An o de ungsanalyse und de De ini ion de Use Cases wu den
zwei Use Cases unabhängig on de Bewe ung du ch die S akeholde ausgewähl ,
die be ei s absehba einen g oßen Nu zen ü das P ojek e sp achen. Dies Aus-
wahl and deshalb s a , da somi ein o zei ige Beginn de A bei en und e s en
En wicklungen möglich wa .
Nach Abschluss alle Bewe ungen du ch die S akeholde wu de die Gewich-
ung de K i e ien zusammen mi den P ojek be eilig en du chge üh . Die Vo a bei
hie ü wa be ei s pa allel zu Fes legung de Nu zwe analyse und wäh end des Be-
we ungsp ozesses möglich. Die Gewich ung no mie die E gebnisse und e laub
eben alls eine Ein lussnahme au die Rele anz de de inie en K i e ien. Um die
Gewich ung sinn oll es legen zu können, wu den die P ojek be eilig en gebe en,
mi els des AHP eine Rang olge zwischen den K i e ien zu de inie en. Hie aus e -
gaben sich p ozen uale We e ü die Wich igkei de jeweiligen K i e ien aus Sich
de jeweiligen S akeholde . Diese p ozen ualen We e aus den E gebnissen des AHP-
K

An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 125
Vo gehens wu den anschließend in einem gesonde en Wo kshop mi allen Be eilig-
en disku ie und es wu de sich gemeinscha lich au eine einhei liche Gewich ung
de K i e ien geeinig . Dabei wu den un e ande em die P ozess e besse ung und
die K i e ien de Skalie - und E wei e ba kei ela i s a k gewich e , sodass de en
Bewe ungen am meis en Ein luss ha e.
Au Basis de Bewe ungen de S akeholde wu de schlussendlich je K i e ium
de Mi elwe gebilde , welche anschließend mi dem P ozen sa z de de inie en
Gewich ung mul iplizie wu de. Hie mi konn e die inale Bewe ung be echne
we den, die die o läu ige P io isie ung es leg e. Au Basis de 25 bes bewe e en
Use Cases wu de eine Abs immung mi allen P ojek be eilig en anges oßen und im
nächs en Sch i mi de inalen En scheidungs indung begonnen.
4.3 Abschließende En scheidungs indung
Du ch die P io isie ung und Bewe ung de Use Cases anhand de K i e ien konn-
e eine o läu ige Auswahl de ele an es en Use Cases ge o en we den. Un e
den o ausgewähl en Use Cases wa en auch die zum Rei end uck und de Fah -
wegop imie ung. Im Rahmen dieses P ozesses konn e jedoch nich be ücksich ig
we den, welche Abhängigkei en insbesonde e echnische Na u mögliche weise bei
de Umse zung de Use Cases bes ehen könn en. Hie ü wu den on den 25 bes -
bewe e en Use Cases die jeweiligen echnische G undbedingungen du ch die IT-
Ab eilung und on ande en echnischen Ab eilungen bewe e . Diese G undbedin-
gungen, bspw. de inie du ch Da enp ozesso en, müssen echnisch umgese z we -
den, um eine Funk ions ähigkei de jeweiligen Use Cases zu e zielen. Beispiele ü
die besch iebenen P ozesso en können Zei diens e, Op imie ungsp ozesso en ode
Schni s ellen zu Wa ung sein. Die Lis e de P ozesso en wu de anhand de 25
p io isie en Use Cases zusammenge üh , sodass übe die Anzahl de P ozesso en
je Use Case die unge äh e echnische Komplexi ä e sich lich wa . Die echnische
Komplexi ä is ü die Rei end uckübe wachung mi el und ehe hoch in Bezug
au die Fah wegop imie ung, da diese iele Op imie ungsp ozesso en und Schni -
s ellen benö ig . Insbesonde e ü das echnisch gep äg e P ojek ziel, den Au bau
eines digi alen Zwillings, is die echnische Komplexi ä on g oße Bedeu ung.
Ein exempla ische Au bau diese echnischen Übe sich kann Tab. 1en nommen
we den.
Tab. 1 Exempla ische echnische A chi ek u analyse zu Fes s ellung de Komplexi ä bezüglich des je-
weiligen Use Cases
Use
Case 1*
Use
Case 2*
Use
Case 3
Use
Case 4
... Use
Case n
Anzahl P ozesso en 8 17 7 5 ... ...
Zusä zliche P ozes-
so en*
0 0 4 1 ... ...
P ozesso 1 X X X ... ...
P ozesso 2 X X ... ...
... ... ... ... ... ... ...
P ozesso n ... ... ... ... ... ...
K
126 J. Neugebaue e al.
Abb. 5 Exempla ische Da s ellung de Use Cases ü die inale Auswahl
Zusä zlich zu absolu en Anzahl de P ozesso en je Use Case wu de e mi el , wie
iele zusä zliche P ozesso en je Use Case e a bei e we den müssen, wenn be ei s
die beiden p io isie en Use Cases umgese z wo den sind.5Dies wa ein Maß ü
den zusä zlichen Au wand und um echnische Syne giee ek e zu iden i izie en.
Um die Abs immung de P ojek pa ne und die inale Auswahl o zube ei en,
wu de ein Wo kshop mi den P ojek be eilig en du chge üh . Im Rahmen des Wo k-
shops wu den die jeweiligen Minimalziele de P ojek pa ne es gehal en. Au Basis
de Minimalziele und un e Be ücksich igung de echnischen Komplexi ä wu den
alle Use Cases du ch die S akeholde e neu gep ü . Da aus esul ie end wu den
du ch die S akeholde die Use Cases ausgewähl , die umgese z we den sollen.
Hie bei handel e es sich um insgesam 14 Use Cases. Alle Use Cases wu den en -
sp echend des Beispiels in Abb. 5da ges ell .
Mi den abschließend du ch die Ziele und Abhängigkei en gewähl en Use Ca-
ses en s and eine P io isie ung in ie S u en. Da Abhängigkei en zwischen den
Use Cases bes ehen, also ein Use Case nich o dem Fe igs ellen eines Ande en
umgese z we den kann, e geben sich logische G uppie ungen und Reihen olgen.
Übe dies sind bes imm e Use Cases ein ache umse zba ode haben einen g öße en
Nu zen als ande e Use Cases. So kann bspw. de Use Case zu Übe wachung des
Rei end ucks e s umgese z we den, wenn die en sp echenden Da enschni s ellen
aus einem ande en Use Case e igges ell sind. Mi diesen In o ma ionen wu de die
inale Umse zungs eihen olge mi allen be eilig en P ojek pa ne n es geleg .
De zwei e Wo kshop, welche als o le z e Sch i in Abb. 4da ges ell is ,
wu de mi allen S akeholde n du chge üh , um die inale Auswahl da zulegen und
e waige Bedenken ode mögliches Feedback zu be ücksich igen. Die Use Cases
benö ig en zum Teil noch zusä zliche In o ma ionen ü ih e spä e e Umse zung.
Diese In o ma ionen wu den anschließend du ch die S akeholde in Zusammena bei
mi Expe en de jeweiligen inhal lichen Fachbe eiche wei e gehend e gänz .
5 Diskussion und Schluss olge ung
Das besch iebene Vo gehen, so wie im P ojek TwinSim du chge üh , wu de on al-
len S akeholde n als posi i emp unden. Die gescha enen En scheidungsg undlagen
üh en schlussendlich zu eine s uk u ie en und a ional beg ündba en Auswahl
5Dies is in Tab. 1du ch die *da ges ell , wobei die e s en beiden Use Cases die p io isie en Use Cases
sind, welche o de inalen Auswahl be ei s ü eine Umse zung ausgewähl wu den.
K
An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 127
de Use Cases. Insbesonde e au g und de Komplexi ä des Logis ik 4.0-P ojek s
du ch die geplan e Umse zung eines digi alen Zwillings in einem de g öß en Con-
aine hä en Eu opas (S a is a 2022), kann olglich on eine e olg eichen An o de-
ungsanalyse und En scheidungs indung ausgegangen we den. Nach olgend sind die
im Rahmen dieses P ozesses gewonnenen wich igs en E kenn nisse au gelis e , wel-
che eben alls als Handlungsemp ehlungen ü eine p ak ische Umse zung gesehen
we den können:
Ein „Big Pic u e“ dien als gu e Ausgangspunk ,
Kommunika ion is das Schlüsselelemen zum Einbeziehen alle ele an en S ake-
holde ,
Ve auen in Mi a bei ende kann den A bei sum ang senken und hil konk e es
P ozesswissen zu nu zen,
Use Cases soll en aus Sich alle S akeholde be ach e we den,
An o de ungsanalyse übe Use Cases mach An o de ungen konk e isie ba ,
Einbeziehung de echnischen Komplexi ä in den En scheidungsp ozess bie e
Vo eile bei de Umse zung,
Me hodenwissen de du ch üh enden Pe sonen is wich ig ü einen e olg eichen
P ozess.
Zu Beginn hal o allem das Schaubild (siehe Abb. 3) bzw. „Big Pic u e“ bei de
E läu e ung des P ojek s und de E klä ung zu den Ke n unk ionen, die wiede um
zu den Use Cases und An o de ungen üh en. Zusammen mi eine E läu e ung de
einzelnen Funk ionen konn e dadu ch ein gu e Wissenss and bei den S akeholde n
e ziel we den.
Als Nächs es wa en die ühzei ige Be eiligung de S akeholde und die o ene
Kommunika ion des P ojek s ü alle Sei en hil eich. Hie bei hal abe mals das
Schaubild, um o z de Komplexi ä des P ojek s eine Diskussionsg undlage zu
haben. Da übe hinaus wa de Aus ausch mi ex e nen Pe sonen aus ande en Fach-
be eichen und Un e nehmen hil eich, um ühe Hil es ellungen zu e hal en ode
Chancen, abe auch po enzielle Risiken zu iden i izie en.
Das Einbeziehen alle Mi a bei enden de EUROGATE-G uppe, unabhängig da-
on, ob es sich um das Managemen , Mi a bei ende in de Planung ode im Te -
minalbe ieb handel e (z.B. Fah e *Innen de S addle Ca ie , Con aine b ücken),
üh e zu eine g oßen Bandb ei e de Use Cases. Übe dies konn en die An o de un-
gen aus ielen Pe spek i en dokumen ie we den. Du ch die Be eiligung alle und
die um assende Kommunika ion des Fo schungsp ojek s konn e eine sinn olle Au -
gaben eilung ealisie we den. Es wu den bspw. die Use Case Vo lagen inklusi e
de K i e ien zu Beginn alleine on den einzelnen S akeholde n ausge üll , wodu ch
eine e hebliche Zei e spa nis bei de spä e en Dokumen a ion en s and.
Im Rahmen de An o de ungsanalyse konn en die An o de ungen du ch die de-
inie en Use Cases de S akeholde s uk u ie e ass we den. Du ch die Vo lagen
und In e iews wa es in de Regel ein ach, zu eine Besch eibung de unk ionalen
und nich unk ionalen An o de ungen au de Basis on Is - und Soll-P ozessen
zu kommen. Indem wi uns ü jeden Anwendungs all au eine spezi ische Anwen-
dung konzen ie en, konn en wi komplexe e F agen angehen, die in eine b ei e en
Analyse nu schwe zu behandeln gewesen wä en.
K
128 J. Neugebaue e al.
Die En wicklung on echnischen P ozesso en ü die jeweiligen Anwendungs-
älle wa zu Beginn nich Teil de P ozessde ini ion. Da das P ojek im Be eich
Logis ik 4.0 jedoch haup sächlich on echnische Na u is , muss e ein Weg ge-
unden we den, um den Au wand de jeweiligen Umse zung und die echnischen
Abhängigkei en nach ollziehen zu können. Dies soll e eben alls ein Punk sein, de
in zukün igen Fo schungsa bei en einen hohen S ellenwe ha .
Zu gu e Le z wa o allem das um ang eiche Me hodenwissen de be eilig en
Pe sonen ü den An o de ungs- und En scheidungsp ozess wich ig, um eine s uk u-
ie e und sinn olle A bei sweise siche zus ellen. Hie zu wu den zu Beginn in e ne
Wo kshops du chge üh und es gab ü alle zugängliche In o ma ionswebsei en,
die übe das Vo gehen und die einzelnen Me hoden In o ma ionen be ei s ell en.
Ein kon inuie liche Aus ausch und eine Feedback-Schlei e zu den einzelnen P o-
zesssch i en so g en da ü , dass P obleme schnell e kann und die on Einzelnen
posi i genu z en Ansä ze schnell au das gesam e Team übe agen we den konn en.
Zusammen assend läss sich es hal en, dass de An o de ungs- und En schei-
dungsp ozess zwa komplex und langwie ig wa , jedoch übe die De ini ion de Use
Cases ein um assende Ka alog zu ak uellen Chancen und He aus o de ungen ü
die Lösung mi els eines digi alen Zwillings en s anden is . Dass de P ozess und
die um ang eiche Dokumen a ion de ielen An o de ungen hil eich wa , zeig sich
be ei s bei de ak uellen Aussch eibung zu En wicklung de echnischen Kompo-
nen en, bei de die Use Cases als ein aches Mi el dienen, die unk ionalen und
nich unk ionalen An o de ungen an die jeweiligen Anbie e zu e mi eln. Übe -
dies e gab sich anhand de Use Case Abhängigkei en und -P io i ä en ein Zei plan
des wei e en Vo gehens, welche nun ü die P ojek planung Anwendung inde . Ab-
schließend wa die gu e Be eiligung und das nun b ei e Ve s ändnis des P ojek ziels
bei den S akeholde n ein zusä zliches E gebnis des An o de ungsp ozesses, welches
ü die wei e e Umse zung hil eich sein wi d.
Danksagung Diese A bei wu de im Rahmen des P ojek s „TwinSim“ du chge üh , welches du ch das
Fö de p og amm ü Inno a i e Ha en echnologien (IHATEC) om Bundesminis e ium ü Digi ales und
Ve keh (BMDV) ge ö de wi d.
Funding Open Access unding enabled and o ganized by P ojek DEAL.
Open Access Diese A ikel wi d un e de C ea i e Commons Namensnennung 4.0 In e na ional Li-
zenz e ö en lich , welche die Nu zung, Ve iel äl igung, Bea bei ung, Ve b ei ung und Wiede gabe in
jeglichem Medium und Fo ma e laub , so e n Sie den/die u sp ünglichen Au o (en) und die Quelle o d-
nungsgemäß nennen, einen Link zu C ea i e Commons Lizenz bei ügen und angeben, ob Ände ungen
o genommen wu den.
Die in diesem A ikel en hal enen Bilde und sons iges D i ma e ial un e liegen eben alls de genann en
C ea i e Commons Lizenz, so e n sich aus de Abbildungslegende nich s ande es e gib . So e n das be e -
ende Ma e ial nich un e de genann en C ea i e Commons Lizenz s eh und die be e ende Handlung
nich nach gese zlichen Vo sch i en e laub is , is ü die oben au ge üh en Wei e e wendungen des
Ma e ials die Einwilligung des jeweiligen Rech einhabe s einzuholen.
Wei e e De ails zu Lizenz en nehmen Sie bi e de Lizenzin o ma ion au h p://c ea i ecommons.o g/
licenses/by/4.0/deed.de.
K
An o de ungsanalyse zu Umse zung eines digi alen Zwillings im Con aine e minal 129
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