Innovatie & Strategie

Infrastructuur
Infrastructuur

Physical internet 

Een ecosysteem voor volledig geautomatiseerde goederenstromen.

24 maart 2017

Een ecosysteem voor volledig geautomatiseerde goederenstromen.

Een volledig verbonden en open netwerk van logistieke diensten waarbij magazijnen, terminals en transportmiddelen optimaal worden benut, uitstoot vermindert en goederenstromen worden gebundeld. Dit idee van Physical Internet lijkt toekomstmuziek, maar gezien verschillende IT-ontwikkelingen kan het snel gaan.  

Internationale goederenstromen zijn omvangrijk; er zijn veel ondernemingen en toezichthouders bij betrokken. Hetzelfde geldt voor lokaal distributieverkeer, denk aan thuisbezorging van boodschappen, maaltijddistributie en inzet van individuen bijvoorbeeld door Uber. 

Door deze toename van logistieke bewegingen slibben steden dicht en wordt het milieu steeds meer belast. Dit moet anders. Naast het terugbrengen van lokale productie met Smart Industry en hergebruik van materiaal (cyclische economie) kan het Physical Internet deze uitdagingen adresseren. 

Physical Internet 

Goederenstromen worden vaak vergeleken met transport van informatiepakketjes via internet [zie kader]. Hoe die informatiepakketjes uitgewisseld worden, interesseert een zender of ontvanger niet. Dat is precies wat de Canadese wetenschapper Benoit Montreuil bracht tot het concept van Physical Internet voor logistiek. Fysieke logistiek werkt bijna hetzelfde als internet, alleen betreft het goederen en geen data. De gedachte achter het Physical Internet is dat voor gericht routeren van pakketjes veel minder transportcapaciteit nodig is. Dit efficiënter inzetten van bestaande middelen zou binnen Europa naar schatting jaarlijks 5 miljard euro besparen.

In het Physical Internet zullen zendingen net als e-mails worden opgesplitst in pakketjes, getransporteerd en op de bestemming weer worden samengevoegd. Dit kan door gebruik van standaard, modulaire (intelligente) verpakkingen, π-boxes. Dat maakt vergaande automatisering en professionalisering van transport en overslag mogelijk. 

Zo’n Physical Internet komt snel dichterbij. Steeds meer systemen werken al volledig autonoom, bijvoorbeeld de sturing van vervoerstromen om files te reduceren en corridorbeheer om optimaal van sluizen gebruik te maken in de binnenvaart. Ook kennen we al volledig geautomatiseerde terminals waar Automated Guided Vehicles (AGV’s) zelfstandig over het terrein rijden. Met truck platooning, een treintje van onbemande vrachtwagens met alleen in de voorste vrachtwagen een chauffeur, wordt geëxperimenteerd. We hebben onbemande schepen die automatisch varen en natuurlijk zijn er ook al diverse proeven met drones voor het vervoer van pakketjes. Ontwikkeling van een operatingsysteem en een speciale chipset voor auto’s door Tesla maakt deze auto’s tot rijdende computers voor ontwikkeling van innovatieve toepassingen. 

Daarnaast speelt de ontwikkeling van 5G een belangrijke rol vanwege de communicatie met fysieke objecten. Deze objecten kunnen op basis van externe informatie en eigen rekencapaciteit autonoom handelen. Dit zijn allemaal voorbeelden van innovaties op de onderste lagen van het Physical Internet, de infrastructuur- en transportlaag.  

Data gedreven innovatie 

De basis voor het Physical Internet is dynamische routering van pakketjes over transportverbindingen tussen ‘nodes’ als havens, luchthavens en distributiecentra. Voor optimale routering is informatie over beschikbare capaciteit op transportverbindingen en over verwachte doorlooptijden nodig. Om optimale inzet van transportcapaciteit tussen twee nodes te realiseren, bundelt routering goederenstromen willekeurig. Beslissystemen combineren mogelijke routes en doelstellingen voor individuele pakketjes en bepalen vervolgens een route. Daarvoor is ook zicht op de verwachte afhandeling van de vorige verbinding nodig. Waar datapakketjes in het internet met een bepaalde snelheid tussen nodes worden uitgewisseld en eventueel heruitgezonden, kunnen fysieke pakketjes vertragingen oplopen door files of ongelukken. Een Estimated Time of Arrival (ETA) van een vorige transportverbinding, inclusief de doorlooptijd bij de node voor de volgende transportverbinding is nodig.  

Data-infrastructuur 

Routering door een wereldwijd logistiek netwerk vereist beschikbaarheid van data van alle actoren: transportmiddelen, pakketjes en ondernemingen. Dit kan met een (virtuele) data infrastructuur.
De benodigde data is als volgt te ­classificeren: 

Goederenstromen. Deze data specificeert de vraag voor logistieke diensten en is nodig voor het dimensioneren van het Physical Internet. Het betreft data van klanten over hun verwachte stromen en daarvoor benodigde capaciteit van het Physical Internet.

Capaciteitsdata. Zicht op beschikbare capaciteit van nodes en transportverbindingen, ook in de nabije toekomst, rekening houdend met eventuele voorziene beperkingen in beschikbaarheid door verwachte drukte en gepland onderhoud (huidige en toekomstige QoS).

Boeking en orderverwerking. Reservering van capaciteit voor de uitvoering, nu bekend als boeken en plaatsen van orders, inclusief de mogelijkheid voor aanpassing en annulering van orders. Zichtbaarheid (visibility). Inzage in de voortgang met signalering van mogelijke vertragingen voor afstemming met volgende fysieke stappen in logistieke stromen.

Infrastructuurdata. Informatie over het (voorziene) gebruik van de infrastructuur met eventueel onderhoud, bijvoorbeeld wachttijden bij sluizen of onvoorziene omstandigheden die leiden tot vertragingen.

Sociale en politieke data. Data over de sociale en politieke omstandigheden in een bepaalde regio die goederenstromen kunnen vertragen of pakketjes verloren laten gaan.

Financiële afhandeling. Hier zijn verschillende vormen denkbaar. Facturatie en betaling is het meest eenvoudig. Een andere optie is Pay per use, waarbij direct wordt afgerekend bij het gebruik van capaciteit.  

Een data-infrastructuur bevat allereerst een (gedistribueerd) register met capaciteit en diensten van actoren. Actoren zullen zich bekend moeten maken en hun aanbod moet vindbaar zijn. Daarnaast zullen ook autoriteiten als toezichthouders toegang tot bepaalde data willen. Zij zullen risico’s analyseren en eventueel overgaan tot inspectie en handhaving. Aspecten als schaalbaarheid, governance, smart contracts, et cetera dienen daarvoor verder onderzocht te worden. Er zijn al proeven met blockchain om ervaring op te doen met vervoersdocumenten, maar die vormen alleen het resultaat van het afhandelen van een order en kunnen nog niet het Physical Internet ondersteunen.  

Terwijl actoren zich bekend maken bij de infrastructuur, zullen ze zich ook automatisch willen koppelen aan die infrastructuur. Datastructuren van interne toepassingen worden gekoppeld aan de data-infrastructuur zodat een zogenaamde plug and play-omgeving ontstaat. Ontology alignment, het afbeelden van datastructuren als ontologieën, biedt hier uitkomst. 

Niet alle actoren zullen alle data publiekelijk willen delen, denk aan goederenstromen. Techniek voor innovatieve data-analyse is nodig om goederenstromen van verschillende leveranciers om te zetten naar een verwachte vraag, zonder deze data met elkaar te delen.  

Bedrijfsmodellen

Als vrachtwagens, treinen en schepen volledig autonoom bewegen en transportcapaciteit op corridors of in regio’s bieden, zijn ze op afroep in te zetten vanaf het moment dat ze de fabriek verlaten. Autonoom opererende nodes zorgen dat pakketjes automatisch worden overgeslagen of (tijdelijk) opgeslagen. Als pakketjes ook intelligentie krijgen en gekoppeld zijn aan de data-infrastructuur, kunnen ze hun weg zoeken door het aanroepen van een routeringsalgoritme van een logistiek netwerk. Nodes, vervoersmiddelen en pakketjes registreren zich en koppelen aan de data-infrastructuur (plug and play).  

Dit verandert bedrijfsmodellen. Vragen zijn bijvoorbeeld: wie exploiteert routeringsalgoritmes, welke besluitvorming is nodig voor optimalisatie van goederenstromen, welke vorm van governance nodig is voor de data-infrastructuur en wie exploiteert (delen van) de data-infrastructuur, wie exploiteert autonome nodes en vervoersmiddelen en op welke wijze wordt belasting op diensten verrekend.  

Afsluitend 

De vraag is wat de rol van reguliere logistieke dienstverleners wordt. Men kan zijn omzet kwijtraken aan nieuwkomers als Tesla, Amazon en Uber. Maar er liggen ook uitdagingen voor logistieke dienstverleners om juist nieuwe algoritmes te ontwikkelen, nodes te exploiteren, twee- of meerzijdig platformen te ontwikkelen. Wil een traditioneel logistieke bedrijf in deze nieuwe wereld overleven, dan zal hij bereid moeten zijn middelen en data te delen. Juist dat laatste is cruciaal en vaak een probleem. 

Als het aan de Europese Commissie ligt, is het Physical Internet in 2050 een feit. De eerste studies en pilots zijn van start gegaan op verschillende plaatsen in de wereld (Frankrijk, Nederland, Oostenrijk, Finland, US en Hong Kong). De invoering van autonome vervoersmiddelen en -nodes zullen naar verwachting deze invoeringsdatum snel dichterbij brengen.  

Een vergelijking van het Phsyical Internet en het internet 

Net als het internet bestaat ook het Physical Internet uit verschillende lagen. De figuur hieronder vergelijkt de lagen van het Physical Internet met de lagen van het internet. Toelevering door een producent aan een koper vormt de toepassing. Op dit niveau ontstaan de ‘supply chains’. Zendingen vormen hierbij de eenheid die getransporteerd worden over een logistiek netwerk dat bestaat uit knopen en verbindingen met transportmiddelen over bijvoorbeeld wegen en vaarwegen. Een zending is te vergelijken met een e-mail die in TCP-pakketjes wordt uitgewisseld. Vergelijkbaar met de transportlaag zorgt de zendinglaag voor volledigheid van een zending. Via routering komen logistieke ketens tot stand, waarbij pakketjes van verschillende zendingen samengevoegd kunnen worden. Dit wordt ook wel bundeling genoemd, te vergelijken met functionaliteit in de netwerklaag. De transportlaag bestaat uit verschillende modaliteiten als weg, zee en spoor. Deze modaliteiten gebruiken een fysieke infrastructuur die doorstroming levert. 

Physical Internet

 

Figuur 1. Het Physical internet en het Internet

De lagen van het Physical Internet leveren de volgende functionaliteit:

Toelevering: dit betreft de levering aan een fabriek, winkels of direct aan een consument.

Zending: het samenstellen van ladingstromen door opsplitsen en samenvoegen van pakketjes tussen verschillende toeleveranciers en afnemers over het logistieke netwerk.

Logistieke keten: het dynamisch samenstellen en routeren van pakketjes tussen twee knopen via een willekeurige transportverbinding.

Transport: het daadwerkelijk verplaatsen van pakketjes tussen twee knopen met een vervoermiddel (vrachtwagen, schip, binnenvaartschip, vliegtuig).

Infrastructuur: planning, aanleg en onderhoud van (vaar)wegen en spoor en zorgen voor veilig gebruik (b.v. luchtverkeersleiding).

Lees meer over Innovatie & Strategie OP AG Intelligence
Reactie toevoegen