Mierenhoop als voorbeeld voor management en logistiek

Het zoekvermogen en de zelforganisatie van de mier blijken lichtende voorbeelden voor bedrijven die worstelen met hun logistiek of ziek personeel. De modellen komen soms met de minst voor de hand liggende oplossingen voor een probleem, maar de intelligente 'agents' blijken het bedrijfsproces effectief te stroomlijnen. Over 'swarming', digitale lokstoffen en onderhandelende pakketjes. Managementgoeroes wroeten in de mierenhoop. (Dit achtergrondartikel verscheen in het juli-nummer van Emerce magazine)

In het voorjaar van 2000 ontdekte de Amerikaanse vliegtuigmaatschappij Southwest Airlines een vreemd probleem bij zijn vrachtvervoer. Hoewel de vliegtuigen niet meer dan zeven procent van hun laadruimte vulden, stonden sommige vliegveldmagazijnen vol met pakketten die niet mee konden. Als pakketten niet met het juiste vliegtuig meekonden, laadde het grondpersoneel die in het eerstvolgende vliegtuig in grofweg de goeie richting. Een redelijke strategie, dacht men.

Dus niet. Bij aankomst wist het Southwest-personeel vaak niet welke pakketten in het laadruim stonden, omdat voortdurend van de vrachtschema’s werd afgeweken. En het versjouwen van pakketten naar vliegtuigen die nog kubieke meters vrij hadden, leidde tot veel tijdverlies. Rond dezelfde tijd braken managers bij Proctor&Gamble zich het hoofd over de 3,8 miljard dollar aan producten die in hun distributiesysteem rondzwierf, terwijl in de supermarkten 11 procent van hun producten was uitverkocht. Was hun distributie een zwart gat waarin complete vrachten verdwenen? Ze hadden het systeem nota bene zelf bedacht. Southwest en P&G belden aan bij het consultancybedrijf Bios Group – inmiddels overgenomen door NuTech Solutions – dat de oplossing vond in… mieren.

Uit het gedrag van mieren ontstonden de laatste jaren methoden om logistiek en management van bedrijven verbeteren. Southwest Airlines ontdekte dat het effectiever is om vracht niet in de meest rechtstreekse lijn naar zijn bestemming te sturen. Als een lading vroeger van New York naar Dallas moest, werd die in Atlanta uitgeladen en in het volgende vliegtuig naar Dallas weer ingeladen. Het bleek veel efficiënter de lading te versturen met een vliegtuig dat eerst naar LA en vervolgens naar Dallas vloog. Dat kostte minder tijd dan uitladen en wachten op het volgende vliegtuig.

De kosten van overslag daalden daardoor met 50 tot 85 procent. P&G ontdekte dat hun ‘regel’ dat winkels alleen volle vrachtauto’s konden bestellen, averechts werkte. Winkeliers bestelden pas goederen als ze een vrachtauto konden vullen, waardoor sommige producten allang waren uitverkocht. Bij P&G daalde het percentage uitverkochte producten van 11 naar 2 tot 3 procent.

Maar mieren inspireren tot meer dan het vinden van de meest efficiënte route, namelijk zelforganisatie en ‘agent-based modeling’.

Intelligente agents
Agent-based modeling is een netwerk zonder coördinatie waarin alle onderdelen realtime met elkaar communiceren. Die communicatie begint bij de onderdelen, niet bij een centrale computer. Stuart Kauffman, een van de oprichters van Bios Group (spin-off van Cap Gemini Ernst&Young), legde al in 1995 in zijn boek ‘At home in the universe’ uit hoe orde ontstaat uit schijnbare chaos. Dat idee kent inmiddels aardig wat volgelingen. “Maar in Nederland is agent-based modeling nog erg mager vertegenwoordigd”, zegt Hans van Grieken vanuit zijn auto. De corporate innovation officer bij Cap Gemini en lid van hetzelfde innovatienetwerk als Stuart Kauffman, is op weg naar Brussel waar hij de volgende dag een NAVO-conferentie zal toespreken over network centric warfare, een nieuwe manier van oorlogvoeren met agent-based modeling.

“Net zo mager vertegenwoordigd als rfid. En daar zit het probleem. Rfid en agent-based modeling horen bij elkaar. Rfid is niet de opvolger van de barcode. Of het nou een pakketje, pallet of container is, die dingen geven aan wat ze zijn, hoe zwaar ze zijn, waar ze naar toe moeten en hoe laat ze ergens moeten zijn. Dat gaat heel andere supply chains opleveren. Maar ik ben bang dat we met rfid de boot missen. En dus met agent based modeling. Het heeft te maken met de langzaam op gang komende bereidheid om te vernieuwen. We bezuinigen nog steeds, maar daar zit de winst niet in. De winst zit ’m erin dat mensen veel meer willen betalen voor betere dienstverlening. Dat wil ik hier toch even gezegd hebben.”

Het Rotterdamse Almende is een van de weinige Nederlandse bedrijven die agent-based modeling in de praktijk brengen. Directeur Hans Abbink: “Stel, je hebt een vrachtauto op de weg die in de buurt is van een van je magazijnen. Dan vraagt een pakje in het magazijn of het mee mag. De vrachtauto onderhandelt vervolgens met de pakjes die al zijn ingeladen of zij daardoor niet te laat arriveren. Elk pakje is uitgerust met een agent die via de netwerkcomputer continu doorgeeft waar het zich bevindt. Geen rfid dus, maar intelligente agents die kunnen leren.” Bij Almende heet dit het ‘common hybrid agent platform’. Het systeem stelt voor alle pakketten en vrachtauto’s de beste route vast.

De techniek beperkt zich niet tot distributie van goederen. Almende’s ‘cybernetic incident management’ – aan futuristische termen geen gebrek – gebruikt agents om in noodsituaties essentiële contacten tot stand te brengen. Abbink: “Bijvoorbeeld tussen brandweer en burgemeester. We simuleren met die software-agents noodsituaties en geven feedback zodat de software leert wat de snelste en meest effectieve reactie is in een echte crisis. Het alternatief is procedures maken en die zijn gebrekkig in crisissituaties.”

Ook dichter bij huis zet Almende agents in. “In de kinderopvang in Rotterdam zoeken onze agents vervanging voor ziekmeldingen. Als iemand zich ziek meldt, zoekt het systeem in de agenda’s van medewerkers, kijkt wie vrij is en stuurt een sms met de vraag of hij kan werken. Na afloop vraagt het systeem aan de klant of hij goed is geholpen en aan de invaller of het een klus was die bij hem paste. Zo leert het systeem wie het best bij welke klus past.” Dit ASK-programma wordt in zeven pilot-projecten gebruikt.

“Deze systemen krijgen grote impact op bedrijven”, verzekert Abbink. Wie moet zich bedreigd voelen? “De manager. Dat is misschien degene met een probleem.” Of de afdeling personeelsmanagement waar mensen verdwijnen want die hoeven geen roosters meer in elkaar te sleutelen. Maar zover is het nog niet.

Digitale feromonen
Twee wetenschappers aan de Vrije Universiteit van Brussel gebruikten het mierendenken om maar meteen het hele internet te verbouwen. Hoogleraar Marco Dorigo en zijn promovendus Gianni Di Caro gebruikten het voedselzoekgedrag van de mier om een sneller protocol voor internetverkeer te ontwikkelen. Ze bouwden ‘softwaremieren’ die het willekeurige zoeken van de echte beestjes nabootsten om continu de snelste routes in een netwerk te vinden. Net als echte mieren lieten ze een feromoon achter, een dataspoor in dit geval, wat andere digitale mieren aantrok. Het pad met de minste opstoppingen naar een vooraf bepaald doel bevatte al snel meer feromoon dan andere routes waardoor nog meer mieren erop af kwamen. In tests bleken deze digi-mieren bij opstoppingen sneller alternatieve routes te vinden dan alle bestaande internetprotocollen.

Chris Meyer, eveneens ex-lid van de Bios Group en een van de exegeten van Kauffmans boek, gebruikte het digitale feromoon om een probleem bij een Amerikaanse Unilever-fabriek op te lossen. Jarenlang probeerde Unilever een systeem van vloeistofmixers, opslagtanks en lopende banden te koppelen. Er waren teveel variabelen: wisselende snelheid van verschillende onderdelen, wisselende capaciteit, sommige machines moesten af en toe overschakelen van het ene product naar het andere, et cetera. Doel van Unilever was altijd om product ‘x’ zo snel mogelijk door de fabriek te jagen. Meyer dacht daar anders over. Hij zocht weliswaar naar de kortste productietijd maar met als gegeven dat een deel van de apparatuur niet beschikbaar was. Software-mieren zwierven door het systeem om opstoppingen te signaleren. Als een mixer tijdelijk buiten werking was, koos het systeem andere routes waardoor de productie niet werd verstoord. De mieren – datapakketjes – pasten de routes voortdurend aan. Meyer liet zo zien dat het meest robuuste systeem effectiever is. Dat blijft draaien, ook als onderdelen uitvallen.

Unilever liet vervolgens bij bepaalde fabrieken hun hele systeem van toeleveranciers, transportmiddelen, fabrieken, magazijnen en klanten doorlichten. Zoals ‘agent mier’ de productielijn in die fabriek verbeterde, werd nu een enorm netwerk aangepakt. Volgens Unilever daalden de logistieke kosten 5 tot 15 procent.

Intuïtie
Agent-based modeling gaat vaak tegen de intuïtie in. Terwijl de opvatting steeds populairder wordt dat intuïtie juist in complexe situaties belangrijk is. Het idee van zelforganisatie is moeilijk te verteren. “Ik houd hierover veel voordrachten”, zegt Hans van Grieken. “In ziekenhuizen, bij grote bedrijven en bij de politie. Overal bestaat weerstand. Chris Meyer zei tegen me: It’s like discussing Thanksgiving with the turkey’.” Maar ook de neiging van modellen om bij problemen niet de meest voor de hand liggende oplossingen op te hoesten, zorgt voor gekuch en ge-maar in de bestuurskamers.

Eric Bonabeau, net als Meyer een bekende agent-based modeling protagonist, beschreef vorig jaar op de website ‘CIO insight’ een oplossing voor verkeersopstoppingen rond Londen. “We veranderden de maximumsnelheid op sommige delen van 50 naar 35 mijl per uur. De gemiddelde snelheid van auto’s nam toé door de maximumsnelheid te verlagen.” Hij vervolgt: “Zo tegenintuïtief kan het zijn. Wat ik op de weg doe, hangt af van wat anderen doen. Dat kun je alleen voorspellen met een agent-based model waarin de afzonderlijke delen hun eigen keuzes maken.”

Robuustheid
Internettoepassingen gebaseerd op agent-models zijn zeldzaam. “Voor zover ik weet zijn er geen werkende oplossingen. Alleen volle agenda’s met afspraken”, zegt Van Grieken over de Nederlandse situatie. Internationaal is het minder drastisch, maar ook dan zijn de toepassingen beperkt. Botspot.com zet ‘bots’ in om informatie te vinden (zoals een zoekmachine maar Botspots beweert met agents te werken); Netbuyer is een prijsvergelijkingsite; Shopfido is een zoekmachine voor onder andere huwelijksreizen, pornobanden en doodskisten, net als Personalization.com en Epinions.com. Verder gebeurt online nauwelijks iets commercieels met agent-based models. Het Nederlandse Eyebees.com roept op zijn website over ‘swarming’, maar dat betekent niet meer dan bewegen-als-in-een-zwerm.

In de VS breiden ideeën over agent-based modeling en ‘swarm intelligence’ zich uit naar theorieën over evolutie van bedrijven. Dat is naast zelforganisatie het belangrijkste idee: dat de organisatie, de productielijn, het netwerk enzovoorts, zich voortdurend aanpassen. Productiesnelheid is niet het hoogste goed, stelt Chris Meyer in zijn nieuwe boek ‘It’s alive, the coming convergence of information, biology, and business’ waarin hij het ontstaan beschrijft van de ‘moleculaire economie’. Robuustheid, het overleven van het netwerk terwijl een deel van de machines, vrachtauto’s of kleuterleidsters uitvalt, is van groter belang.

Meyer voert de biologische metaforen wel erg ver door, niet ongewoon in consultancyland. Publisher’s Weekly merkt in zijn boekbespreking venijnig op: “Nothing dates faster than futurism.”

En als bedrijven te log en te oud zijn om hun organisatie te veranderen? Zelfs dan valt er nog iets te leren, vindt Meyer. Bedrijven moeten sterven, net als mensen. Ze leven, groeien, beginnen te strompelen en vallen dood neer. Zelfs in die stervensfase is winst te behalen als het taboe op faillissementen vervalt. Niks herstructureren en divisies afstoten, zorg dat werknemers op een goeie plek terechtkomen, verkoop de resterende bezittingen en beheer de patenten.


——————————————————————————————————

1 = dom, veel = intelligent
Mieren zijn domme werkmachines. Maar toch kunnen de diertjes zich zo organiseren dat ze overleven. Hoe doen ze dat? Met geurstoffen. Mieren die op zoek gaan naar een voedselbron, scheiden een feromoon af dat andere mieren aantrekt. Maar de lokstof van één mier trekt niet de aandacht van de kolonie. De mier die echter voedsel vindt, draait onmiddellijk om en komt terug bij het nest. Zijn pad bevat nu tweemaal zoveel lokstof als de paden van die mieren die nog niet terug zijn. Hoe meer lokstof, hoe meer mieren dat pad kiezen. Op hun beurt versterken zij het pad met hun eigen lokstof en dat trekt nieuwe mieren aan. Enzovoort. De principes waar het om gaat zijn zelforganisatie en realtime communicatie. Uit schijnbaar hersenloze eenheden ontstaat een intelligente organisatie – bij mensen is het precies omgekeerd. In de biologie en nu dus ook in de consultancywereld, staat dat verschijnsel bekend als ‘swarm intelligence’.

——————————————————————————————————

Agent-based modeling in het verkeer
In Los Angeles traceren verkeerslichten positie en snelheid van de stadsbussen en versnellen of vertragen op basis daarvan hun cycli om de bussen zoveel mogelijk groen licht te geven. Zo nam de gemiddelde reistijd van buspassagiers met 15 procent af. Het stadsbestuur was enthousiast. Of bestuurders van personenauto’s ook zo positief waren, is niet bekend.

Het ministerie van Verkeer en Waterstaat legde NuTech (eigenaar van Bios Group) het verkeerslichtenprobleem in Nederland voor. Het systeem van Nu-Tech bleek even goed verkeersstromen te kunnen sturen als de methode van het ministerie. Maar als er iets misging, bijvoorbeeld een omgeslagen vrachtauto die de afrit van de snelweg blokkeerde, reageerde het ‘adaptieve’ programma van NuTech onmiddellijk door de periodes van groen licht af te stemmen op de hoeveelheid verkeer. Het ministerie is de software van NuTech inderdaad gaan gebruiken.

——————————————————————————————————

Meer over mieren

Leveranciers:
www.nutechsolutions.com
www.antoptima.com
www.icosystem.com
www.nl.capgemini.com
www.redfish.com/

Miergedrag in Theorie
iridia.ulb.ac.be/~mdorigo/HomePageDorigo/
Swarming in gevechtstheorie
www.rand.org/publications/DB/DB311/DB311.pdf

==========================================================

Wilt u het komend jaar meer van deze verhalen lezen? Neem dan een abonnement op Emerce magazine, nu met 25 procent korting!