The Use of Blockchain Technology to Optimize Product Recalls

Eine Blockchain versteht sich als dezentrales System, welches Daten transaktionsorientiert speichert und über seinen Aufbau Manipulationen nahezu unmöglich macht. Kopien der Kerninhalte (das Hauptbuch, engl.: Ledger) liegen verteilt bei jedem (vollständigen) Teilnehmer des Netzwerks. Abgelegte Transaktionen können vielfältig sein und dokumentieren Übertragungen von Eigentum, Finanzströme, Standortdaten, weitere diverse Sensordaten (Temperatur, Feuchtigkeit, Erschütterungen etc.) oder eine Kombination dieser. Die Gültigkeit einer Transaktion wird mithilfe eines Konsensalgorithmus überprüft, mit dem die Wahrscheinlichkeit einer ungültigen Transaktion minimiert wird.

Blockchain: Grundlagen

Die BC erlaubt eine dezentrale Speicherung von Transaktionen in den verteilten Hauptbüchern, wodurch eine Redundanz der Daten geschaffen wird. Die Daten können durch alle Teilnehmer (je nach Art der BC) im Netzwerk gelesen und geschrieben werden. Die BC stellt im klassischen Sinne keine Datenbank, insbes. keine relationale Datenbank dar. Jedoch ermöglicht die BC über eine Kette von Transaktionen einen Datenbestand aufzubauen und diesen mit jeder weiteren Transaktion zu ergänzen. Bereits erfolgte Transaktionen bleiben dabei erhalten und werden nicht gelöscht oder überschrieben.

Ob neue Daten hinzugefügt werden können, wird durch den Konsensalgorithmus sichergestellt, der neue Transaktionen validiert und nicht valide/gültige Transaktionen abweist [2]. Die Kette der Transaktionen kann in der BC durch die Teilnehmer nachvollzogen werden (Integritätsprüfung). Klassische Datenbanksysteme gewährleisten die Integrität der Daten durch Regeln, die die syntaktische bzw. relationale Korrektheit der Daten sicherstellt. Die Nachvollziehbarkeit der enthaltenden Informationen ist für den Anwender regelmäßig nicht gegeben, da jeweils nur der aktuelle Datenbestand vorhanden ist.

Durch Kompromittierung der zentralen Datenbank, können damit bestehende Inhalte verändert werden, ohne dass dieses durch die Nutzer selbst direkt nachvollziehbar ist [3]. In einem Netzwerk sich nicht vollständig vertrauenden Mitgliedern stellt die Nachprüfbarkeit jedoch eine essenzielle Eigenschaft für die Zusammenarbeit dar. Die BC kann eine gemeinsame vertrauensvolle Dokumentationsbasis bereitstellen, die durch jedes Mitglied jederzeit überprüft werden kann. Über Hashwerte der Transaktionen können diese lückenlos nachvollzogen werden [4]. Der Zugang zu dem BC-Netzwerk und der Transaktionshistorie kann allen Teilnehmern (öffentlich) oder nur einem zugelassenen Personenkreis (privat) gewährt werden. Analog kann mit Schreibrechten verfahren werden [5].

Produktrückrufe als Herausforderung von Supply Chains

Der internationale Handel und der damit verbundene Güterverkehr nehmen weiter zu [6]. Dabei ist die Produktherstellung oft ein Resultat langer und zum Teil zunehmend komplexerer SCs [7]. Eine große Herausforderung stellen hier Produktrückrufe dar, mit teilweise großen finanziellen Auswirkungen. So beziffern sich durchschnittliche Schäden von 2,12 Mio. Euro in der Automobilindustrie, über 1,31 Mio. Euro in der Lebensmittelbranche bis zu durchschnittlich 722.000 Euro in der Verpackungs- und Stahlindustrie [8]. Die Anzahl der jährlichen Produktrückrufe in fast allen Branchen hat sich zudem innerhalb von 15 Jahren (1998-2013) verdreifacht [9].

Besonders die Lebensmittelbranche besitzt häufig äußerst komplexe SCs. Ein Cheeseburger einer Fastfood-Kette besteht aus ungefähr 80 Zutaten, die global produziert und zugeliefert werden [10]. Auch wenn der Lebensmittelbereich von komplexen SCs geprägt ist, finden sich diese auch in weiteren Branchen wieder. Die Herausforderung besteht darin, die Übersicht über die Herkunft der einzelnen Produktkomponenten und dessen Zulieferer zu wahren. Die in Bild 1 dargestellten, in der Presse berichteten „Rückrufskandale“ zeigen die Bedeutung eines adäquaten Systems für Produktrückrufe auf. Dabei werden auch die zentralen Herausforderungen der Produktrückrufe deutlich.

Ein Produktrückruf ist die nachträgliche bzw. proaktive Entfernung von Waren aus dem Markt, um potenzielle Gefahren beim Kunden zu vermeiden [15]. Dafür muss unter anderem ein bidirektionaler Güter-, Wert- und Informationsstrom gewährleistet werden. Bild 2 stellt hierzu einige zentrale Aspekte dar, auf die es bei einem Produktrückruf ankommen kann.

Beitrag der Blockchain für effiziente Produktrückrufe

Um Ziele des Risikomanagements und der Qualitätssicherung innerhalb einer SC zu erreichen und Produktrückrufe effizient zu managen, bietet sich die BC als Technologie an. Die digitale Nachverfolgung ermöglicht ein Produkt von der Quelle bis zur Senke zu verfolgen [21]. Eine BC erlaubt hierbei, Informationen der SC in Transaktionen zu schützen, um so z.B. eine spätere Manipulation der Dokumentation auszuschließen. Manipulatives Verhalten einzelner Akteure durch die Hinterlegung falscher Angaben in der eigenen Transaktion wird hierbei jedoch nicht verhindert.

Zur Zusicherung der korrekten Nachverfolgbarkeit sollten entlang der SC alle Parameter, wie Standort über Zeit, Temperatur und Herkunft einzelner Bestandteile für jedes einzelne, spezifische Produkt zuverlässig, fälschungssicher und transparent dargestellt werden können. Passend dazu wird ein System zur Nutzung von BC und Radiofrequenzidentifikation (RFID) zur Umsetzung einer Gefahrenanalyse und kritischen Kontrollpunkten (engl: Hazard Analysis and Critical Control Points, HACCP) in der SC für Nahrungsmittel vorgeschlagen [22]. Die RFID-Transponder dienen der effizienten Identifikation der einzelnen Produkte.

Die einzelnen Instanzen der SC können mit Bezug zum RFID-Tag des Produktes verschiedene Parameter als Daten in die BC speichern, z. B. wann sie produziert worden sind, aus welcher Charge sie stammen oder wie die genaue Konfiguration bei sehr variantenreichen Produkten ist. Die nachfolgende Instanz kann aufgrund des Aufbaus einer BC diese Daten nicht mehr ändern und nur eigene Daten ergänzen. Am Ende kann sowohl nachvollzogen werden, an welche Kunden und Standorte die Produkte geliefert worden sind, als auch ihre Herkunft bestimmen [23] und dies zu jeder Zeit an jedem Ort, sofern eine Internetverbindung verfügbar ist.

Diese gesicherte Datengrundlage bietet zudem das Potenzial potenzielle Rückrufe nun auch deutlich gezielter durchführen zu können, da die betroffenen Produkte und Kunden deutlich besser identifiziert werden können [24]. Beim Aufbau der BC ist hier der Datenschutz ein zentraler zu berücksichtigender Punkt, sodass vertrauliche Informationen, insbesondere persönliche Kundendaten geschützt sind. Ein beispielhafter Prozessablauf ist in Bild 3 dargestellt.

Ein gutes Beispiel stellt Walmart dar: Walmart testete in Kooperation mit IBM das Potenzial der BC im Rahmen eines Pilotprojekts, basierend auf dem Hyperledger-Framework, für den Schweinefleischmarkt in China. Hintergrund sind erhöhte Sicherheitsbedenken, die bezüglich des Schweinefleischs in China herrschen und die Preise in die Höhe treiben [24]. Ziel war es, die Datensicherheit und -genauigkeit hinsichtlich Herkunft, Chargennummer, Fabrik- und Prozessdaten, Ablaufdatum, Lager- und Transporttemperatur und weiterer Transportparameter zu gewährleisten [25].

Durch die Anwendung der Technologie konnte die Zeit für das Tracking der Herkunft und weiteren Parameter eines einzelnen Produkts von einigen Tagen auf wenige Minuten reduziert und die Reaktionsfähigkeit im Falle eines notwendigen Produktrückrufs enorm gesteigert werden [26]. Aus diesem Grund weitet Walmart das Tracking auf zusätzliche Produkte aus und ruft weitere Zulieferer dazu auf, ebenfalls BC für diesen Zweck einzusetzen [27]. Viele weitere Unternehmen starten Projekte, um die Herkunft der Produkte nachzuweisen [28].

Die oben beschriebenen Erkenntnisse lassen sich auf alle produzierende SCs übertragen [29, 30]. Kunden mit defekten Produkten können so direkt kontaktiert werden. Dabei ist anzunehmen, dass massiv Kosten gespart und Imageverluste zu großen Teilen vermieden werden können [31].

Bewertung des Einsatzpotenzials

Einige Praxisbeispiele demonstrieren bereits die technische Machbarkeit, eine BC für Produktrückrufe zu verwenden [26-28]. In der Literatur lassen sich konkrete Vorschläge identifizieren, wie eine BC implementiert werden kann (z.B. [32, 33]). Dennoch bedarf es weiterer Forschung, um auch den ökonomischen Nutzen anhand von realen Einsätzen zu evaluieren. Wenn in der eigenen SC bereits mit RFID-Tags und Sensoren gearbeitet wird, ist der Einsatz einer BC für den Zweck der Nachverfolgung jedoch mit relativ geringen Einstiegskosten verbunden [27].

Dennoch besteht auch an dieser Stelle weiterer Forschungsbedarf, wie eine durchgängige Kette mittels RFID unterstützt werden kann [34] und wie Produkte und Prozesse in der Art gestaltet werden können, dass nicht nur die Dokumentationshistorie fälschungssicherer ist, sondern auch das Produkt. So ist im Einzelfall zu evaluieren, wie z.B. Produkte – möglichst untrennbar – mit RFID-Tags versehen werden können und das Scannen der Tags sowie die Kommunikation mit der BC effizient gestaltet werden kann. Die Herausforderung liegt demnach weiterhin darin, die Schnittstelle zwischen physischer und digitaler Welt fälschungssicher zu machen.

Gleichzeitig stellt die Einführung zudem eine organisatorische Herausforderung dar, da sich der Nutzen erst durch die Beteiligung aller Partner in der SC maximiert. Für die Umsetzung verfügt der Markt über Angebote, um die BC-Technologie zur Verfügung zu stellen (z. B. Hyperledger & Microsoft Azure). Zudem existieren einige Partner am Markt, die bei der Einführung, insbesondere des für SCs erprobte Hyperledger Fabric, unterstützen (z. B. IBM, SAP, Cisco). Somit kann auf vorhandenem Know-How aufgebaut werden.

Im weiteren Vorgehen ist zwingend auf die Art der BC zu achten, die mit verschiedenen Konsensalgorithmen und Zugangsbeschränkungen jeweils Vor- und Nachteile z. B. bzgl. der Skalierbarkeit und Sicherheit des Systems mit sich bringen. Zudem sind die zeitgleich schwierig zu erreichenden Eigenschaften der Transparenz (der Nachverfolgbarkeit) und Anonymität wichtig für die Wahl der BC. Auch wenn das Potenzial der BC für Produktrückrufe groß ist, bleibt eine Einzelbetrachtung und Evaluation zwingend erforderlich.

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