PILL: Physical Internet Living Lab
Optimising logistics processes through a “Physical internet” technology stack
1. Inleiding
PILL (Physical Internet Living Lab) is een Vlaams strategisch basisonderzoeksproject (cSBO) dat drie jaar loopt en geleid wordt door een consortium van imec, VUB en VIL. Het doel van het project is om bestaand onderzoek naar een fysiek internet voor de logistiek en de onderliggende principes daarvan om te zetten naar de praktijk, om zo de basis te leggen voor een algemeen implementatiekader voor het fysieke internet binnen en buiten Europa.
Het resultaat is een blauwdruk voor een Fysiek Internet, ondersteund door een softwarestack die het eerste prototype bevat van een PI-netwerk en -toepassing. Alle opleveringen van PILL zijn openbaar en voor iedereen toegankelijk gemaakt.
In deze video ontdek je hier meer over:
Heb je interesse in de PI-blauwdruk softwarestack? Neem dan zeker contact met ons op om een digitale kopie te ontvangen:
2. Het Physical Internet: een visie op de toekomst van logistiek
2.1 Wat is het Physical Internet
Het huidige logistieke landschap wordt gekenmerkt door verschillende uitdagingen die een vlotte transfer van goederen tussen locaties in de weg staan. Zo leiden disrupties in het transportnetwerk, onbetrouwbare planning en een gebrekige transparantie en samenwerking tussen de vele actoren tot een verminderde operationele efficiëntie.
Het Physical Internet (PI/π) biedt een visie op hoe de logistieke sector gereorganiseerd kan worden. Het herdefinieert logistiek als een gedecentraliseerd, universeel verbonden netwerk van knooppunten waartussen goederen vrij en op de meest optimale manier stromen. Deze flow weerspiegelt een aantal principes van het Digitale Internet.
Figuur rechts: in het Physical Internet bewegen goederen vrij tussen knooppunten
"De paradigmaverandering vertegenwoordigd door het Physical Internet houdt in dat de logistiek geherinterpreteerd moet worden als een systeem gelijkaardig aan het Digitale Internet, waar netwerken onderling verbonden zijn door middel van een gemeenschappelijk framework dat het verdelen van transporten en het behandelen van ladingen vergemakkelijkt. Het Physical Internet laat de geleidelijke integratie van huidige gespecialiseerde logistieke netwerken in een universeel onderling verbonden systeem toe." - Montreuil, Meller & Ballot, 2010
In het kader van deze behoefte aan een efficiënter en veerkrachtiger logistiek systeem heeft de Europese Commissie het Europees Technologieplatform inzake Logistiek (ook bekend als ETP Alice) de opdracht gegeven om tegen 2040 een strategische roadmap te ontwikkelen voor het Physical Internet.
Video 1: De ETP Alice-roadmap voor PI
2.2 Staat van PI
De ETP Alice-roadmap heeft sindsdien al verschillende Europese en regionale onderzoeksinitiatieven en projecten geïnspireerd. De meeste daarvan zijn ofwel gericht op het aantonen van de sociaaleconomische voordelen van synchromodale operaties, ofwel op het onderzoeken van de mogelijkheden van geautomatiseerde scheepvaart en infrastructuur. Dat resulteert in een bij momenten gefragmenteerd landschap van projecten zonder een allesomvattende technologische aanpak voor hoe zo’n onderling verbonden synchromodaal netwerk van assets en stakeholders ontworpen en opgezet zou moeten worden.
PILL probeert deze kloof te overbruggen door een allesomvattend, technisch kader op te zetten waar de individuele use cases in kunnen worden geïntegreerd. Kort samengevat voorziet PILL in een open, gedecentraliseerd kader voor een interoperabel en onderling verbonden logistiek netwerk.
De voornaamste uitdagingen op weg naar een PI.
3. Het PILL technisch ontwerp
Ons technisch ontwerp of “Proof of Concept” voor een open Physical Internet-netwerk wordt onderbouwd door drie ontwerpprincipes:
- Netwerktransparantie
Alle actoren moeten een totaalbeeld hebben van – en bijdragen aan – het volledige logistieke netwerk met al zijn knooppunten, mogelijkheden en transporten. Deze transparantie zorgt voor een optimale routing van het transport. - Gedecentraliseerde interoperabiliteit
Alle actoren zijn met elkaar verbonden via en gedecentraliseerd netwerk, wat het onderlinge vertrouwen bevordert. Het volgen van een reeks standaarden zorgt ervoor dat de logistieke processen op dit netwerk volledig interoperabel zijn, wat automatisering doorheen de waardeketen mogelijk maakt. - Allesomvattend, zelfsturend systeem
Alle handelingen moeten zelfsturend zijn en zich holistisch gedragen, zodat de beschikbare brandbreedte van het systeem maximaal benut wordt. Dat maakt het systeem zo efficiënt mogelijk en vergroot tegelijkertijd de weerbaarheid tegen verstoringen.
3.1 De “Netwerk State”: voor transparantie in het logistieke netwerk
Een van de belangrijkste doelstellingen van het Fysieke Internet is het realiseren van transparantie binnen het logistieke netwerk. De daarvoor benodigde fundamentele bouwstenen – nodes (knooppunten), capabilities (mogelijkheden) en movers (verplaatsers) – werden voor het eerst geschetst door Montreuil et al. in hun whitepaper Towards a Physical Internet: Meeting the Global Logistics Sustainability Grand Challenge (2010).
De mogelijkheden die (tot dusver) binnen PILL zijn geïdentificeerd
PILL droeg hier aan bij door (1) deze bouwstenen om te zetten in een standaard voor het delen van logistieke locaties, diensten en capaciteiten op een open netwerk, en (2) de data te consolideren in een virtuele 2D-kaart die het volledige logistieke netwerk vertegenwoordigt: de Netwerk State. Omdat alle deelnemers hierdoor een totaalbeeld van het logistieke netwerk krijgen, zorgt de Netwerk State er op deze manier voor dat nieuwe knooppunten, routes en diensten makkelijker te vinden en te gebruiken zijn.
De belangrijkste voordelen van deze gedeelde Netwerk State zijn:
- Geoptimaliseerde routeplanning, door automatisch rekening te houden met extra routemogelijkheden. Route-engines op het PI kunnen nu alle mogelijke routes in overweging nemen.
- Verhoogde veerkracht, door realtime reacties op verstoringen in het logistieke netwerk mogelijk te maken.
- Strategische optimalisaties, door middel van simulaties van mogelijke veranderingen in het netwerk (bijv. bepalen wat voor impact het toevoegen van een extra treinroute aan het netwerk heeft).
Afbeelding rechts: Overzicht van een eerste PI Network State
3.2 De PI-client: Interoperabiliteit mogelijk maken op een gedecentraliseerd netwerk
Zodra er een transparante netwerk state is opgezet, kunnen logistieke actoren beginnen met samenwerken op dit logistieke netwerk. Aangezien het Fysieke Internet gebaseerd is op onderling vertrouwen, moet de samenwerking plaatsvinden op een gedecentraliseerd netwerk. Dit PI-netwerk is gebaseerd op deze vier pijlers:
- Een open, gedecentraliseerd netwerk:
Gedrags- en beleidsregels voor het gedecentraliseerd delen van informatie en de interoperabiliteit van het netwerk. - Een gestandaardiseerd datamodel & gestandaardiseerde processen:
Standaarden voor data en processen voor het logistieke transport die voortbouwen op de bestaande DCSA-standaard en die verankerd zijn in het ruimere UN/CEFACT. - Universele PI-clientconnector:
Softwarecomponent die partijen met het netwerk verbindt en interoperabiliteit tussen stakeholders orkestreert. - Routing engine & simulatiemodel:
Component die verantwoordelijk is voor een holistische berekening van de meest optimale goederenstroom, onafhankelijk van aanbieder en transportmodus.
De PI-client uit de blauwdruk is de belangrijkste motor van het gedecentraliseerde logistieke netwerk. Ten eerste fungeert de PI-client als een connector (verbinder) met het logistieke PI netwerk. Als de client geïnstalleerd is, fungeert die als een digitaal middel dat een verbinding maakt met alle andere PI-clients en informatie over de toestand van het netwerk deelt van en naar elke deelnemer.
Ten tweede dient de PI-client als platform voor applicaties en diensten van derden:
- Het is een markplaats voor gedecentraliseerde PI-applicaties die processen van de toeleveringsketen of strategische optimalisaties realiseren.
- Het zorgt ervoor dat de verschillende applicaties op het PI-netwerk met elkaar kunnen samenwerken om processen te automatiseren en optimaliseren.
Relatie tussen de digitale PI-client en het fysieke netwerk
De PI-client als platform voor applicaties en diensten van derden
3.3 PI-simulatie: een allesomvattend, zelfsturend systeem
Om de essentiële kenmerken van een PI-systeem te ontwerpen en te begrijpen, hebben we een simulatiemodel ontwikkeld. Die tool fungeert als een veilige, risicovrije omgeving voor het experimenteren met en valideren van verschillende onderdelen van het PI-systeem, bijvoorbeeld routeplanning en -boeking en de veerkracht bij storingen.
Onze simulatietool volgt de agent-based modeling methodologie waarbij onafhankelijke entiteiten worden voorgesteld als middelen. Die middelen zijn ontworpen om dynamisch te interageren met hun omgeving met als doel het bereiken van specifieke doelstellingen. In deze context symboliseert een middel een transportmiddel, een logistieke faciliteit of een logistieke operator die gebruik maakt van het logistieke ecosysteem.
Door historische gegevens van onze projectpartners te gebruiken in simulatie-experimenten, konden we de voordelen van de overgang van containerstromen naar een PI-systeem beoordelen. Hierbij werd vooral gekeken naar zaken als emissiereducties en verbeterde reacties op storingen. Bovendien kan het simulatiemodel functioneren als een strategische digital twin van het PI-systeem. Door de realtime status van het netwerk in te voeren, kunnen gebruikers de potentiële impact en efficiëntie van toekomstige containerbewegingen of wijzigingen in de Netwerk State evalueren.
Afbeelding rechts: Agent-based simulatiemodel van een PI-netwerk
4. Validatie: De ontwikkeling en het testen van de PI PoC
Om onze visie op de PI-blauwdruk te valideren werden drie softwarecomponenten ontwikkeld die het eerste functionele prototype van een gedecentraliseerd PI-netwerk vormen:
- PI-Client: maakt verbinding met het netwerk, zorgt voor interoperabiliteit tussen partners en beheert toepassingen van derden.
- Het Platform van de Netwerk State Platform: zorgt voor de zichtbaarheid van het netwerk en zijn gegevens.
- De PI-simulatie: simuleert containerstromen over het voorgestelde fysieke internet en maakt gedetailleerde metingen.
Het eerste prototype van een PI-netwerk: de drie softwarecomponenten
Na de ontwikkeling en integratie van deze componenten in een proof-of-conceptdemo werd een validatietraject in twee fasen uitgerold om de effectiviteit van de PoC te evalueren op vlak van:
- De verhoogde veerkrachtigheid van het netwerk om weerstand te bieden tegen storingen en alternatieve oplossingen te vinden.
- De interoperabiliteit tussen belanghebbenden en de gerealiseerde processen op een gedecentraliseerd netwerk.
4.1 Risicovrije omgevingsvalidatie
De PI-simulatietool speelde een cruciale rol bij het verifiëren van de functionaliteit en efficiëntie van de belangrijkste onderdelen van de PoC (boeken en routebepaling) op verschillende schalen. Door deze processen op grotere schaal te simuleren, kon de tool waardevolle inzichten bieden in de operationele haalbaarheid en mogelijke knelpunten van het PI-systeem. Dat maakte het ontwikkelen van een schaalbaar systeem mogelijk.
Door middel van simulatiescenario's, waarbij PI vergeleken werd met het “Business as Usual”-scenario, hebben we de verbeteringen gekwantificeerd die het PI-systeem zou kunnen bieden. Door beide scenario's te simuleren en de gegevens te analyseren, konden we duidelijke vergelijkingen maken op het vlak van efficiëntie, kosteneffectiviteit en milieueffecten. Onze simulatie-experimenten toonden aan dat een Fysiek Internet, volgens onze PoC, de logistieke stroom zal optimaliseren op een manier die de uitstoot aanzienlijk vermindert en bedrijfsmiddelen beter inzet. Een gedetailleerd overzicht van onze resultaten kan teruggevonden worden in ons eindrapport (september 2024).
4.2 De PI-Client Living Lab 1: Netwerktransparantie
Two Living Labs were built of the PI-blueprint, each validating an important part of the framework. Uit de PILL PoC zijn twee living labs gebouwd, die elk een belangrijk aspect van het framework valideren
De eerste PI-Client Living Lab valideerde de algemene interoperabiliteit van de PoC en impact van het Netwerktransparantie-framework op zichtbaarheid en planningsefficientie. De test bestond uit een twee-weken durende veldtest van de PI-client en de decentrale routeplanner. Voor deze test, hebben tien deelnemers (forwarders, transporteurs en terminal operatoren) -die actief zijn op de corridor van het Albertkanaal (Antwerpen)- de PI-client geïnstalleerd en de routeplanner gebruikt om een Netwerk State te creëren. Voor de komende twee weken hebben de Forwarders de routeplanner gebruikt om beschikbare routes te vinden en te boeken op het PI-netwerk.
Het was in deze Living Lab test dat ’s werelds eerste succesvolle boeking van een container op het Physical Internet plaatsvond.
4.3 De PI-client Living Lab 2: Schaalbaarheid door data space integratie
Met de PI-client heeft PILL de haalbaarheid van interoperabiliteit op een gedecentraliseerd netwerk aangetoond. Om het Fysieke Internet op te schalen naar een commerciële toepassing moet de PI-client zich verder ontwikkelen tot een plug-and-play-oplossing die in staat is om alle mogelijke zorgen over het deelnemen aan en samenwerken op een gedecentraliseerd netwerk weg te nemen. De huidige technologie voor het creëren van een decentraal, interoperabel netwerk heeft echter nog steeds te maken met verschillende uitdagingen met betrekking tot schaalbaarheid, zoals vindbaarheid, identificatie en afspraken.
Deze uitdagingen sluiten nauw aan bij bezorgdheden die vandaag al worden onderzocht in het kader van “Data Spaces”, opkomende technologische ecosystemen die zich richten op het delen van gegevens via decentrale netwerken. De overeenkomsten tussen data spaces en het Fysieke Internet bieden mogelijkheden om beide technologieën te combineren en de voordelen van zowel data spaces als het fysieke internet te benutten.
De principes en uitdagingen voor Data Spaces zijn gelijkaardig aan die van een PI-netwerk
In een tweede Living Lab, voegde het PILL project samen met het SYTADEL project om de PI-client te integreren in de data space architectuur van SYTADEL. De gezamenlijke PILL-SYTADEL oplossing was een duidelijke demonstratie hoe informatiedelen volgens het framework van Netwerktransparantie (zie hoofdstuk 3) kon worden verwezenlijkt over een decentrale data space netwerk. Deze oplossing werd vervolgens getest in een gedeelde Living Lab tussen PILL en SYTADEL.
Meer informatie over deze tests kan je terugvinden in het document PILL Living Lab report, welke je onderaan kan downloaden.
5. Toekomstige projecten: na PILL
PILL heeft al aanzienlijke vooruitgang geboekt met de ALICE-roadmap en de State of the Art (SOTA) op het PI door:
- Een framework voor meer transparantie van logistieke knooppunten en diensten op te zetten door het definiëren van een Netwerk State;
- Een gedecentraliseerd netwerk te ontwikkelingen via een PI-client die interoperabiliteit tussen alle knooppunten in het netwerk mogelijk maakt;
- De vindbaarheid op het gedecentraliseerde netwerk aan te pakken door gebruik te maken van bouwblokken uit data spaces.
Door de eerste stappen te zetten in de integratie van het PI in data spaces, heeft PILL een eerste schaalbaar raamwerk en demonstratiemodel van een Fysiek Internet opgezet. Een belangrijke vraag blijft echter nog onbeantwoord.
Data spaces zijn gebaseerd op technologie voor het delen van gegevens. De belangrijkste bezorgdheid in de logistiek is echter het waarborgen van de interoperabiliteit van processen en operaties tussen deelnemers. In veel gevallen is het delen van gegevens slechts een bijproduct van het meer cruciale delen van processen.
Om een echte PI-data space te creëren, moet de scope van data spaces worden uitgebreid naar het delen van processen. Daarom werkt het PILL-team momenteel aan een vervolgproject om een raamwerk te ontwikkelen voor het delen van processen in data spaces.
Voor meer inzicht in het delen van processen, verwijzen we graag naar dit artikel van onderzoeksinstituut TNO.
Process sharing: het framework voor een PI Data Space
6. De PI-blueprint: Een implementatie visie voor het Physical internet
Het belangrijkste resultaat van PILL is de definitie van een blauwdruk voor een implementatiekader van het Physical Internet, gebaseerd op de belangrijkste criteria die op deze pagina worden besproken. Het PI-Blueprint document is de verwezenlijking van 3 jaar onderzoek en validatie.
De belangrijkste onderzoeksvraag die deze blauwdruk probeert te beantwoorden is de volgende:
Wat is er nodig om een betrouwbaar, volledig functioneel Physical Internet op te zetten dat belanghebbenden in staat stelt (1) naadloos en moeiteloos te verbinden, (2) logistieke diensten te publiceren en te ontdekken, (3) overeen te komen over de voorwaarden van die diensten en (4) automatisch de status updates van het vooraf overeengekomen proces uit te wisselen, terwijl (5) naadloos wordt geïntegreerd met verbonden processen?
Naast de PI-Blauwdruk heeft PILL ook geleid tot diverse andere resultaten. Zoals een vertrouwensframework voor het beheer van een logistieke data space en de impactstudie van het uitvoeren van logistieke processen op een Agent-based Simulatiemodel.
De resultaten zijn gegroepeerd in 5 categorieën. In de onderstaande download genaamd "PILL deliverables – Full overview", vindt u een duidelijk overzicht en uitleg van alle resultaten per categorie.
- Marktonderzoek:
Alle markt- en literatuuronderzoek rondom het Physical Internet. - PI-Framework Architectuur:
Onze PI-blueprint en verdere details over de PI-architectuur. - Agent-based modelonderzoek:
Alle onderzoek en tests met betrekking tot de impact van het uitvoeren van logistieke processen op een Agent-based model - Living Labs & ABM testing & bouwen:
Een overzicht van onze Living Lab tests, alsook frontend en backend demo’s van alle PoCs. - Academisch onderzoek:
Een opsomming van alle acedemische journals en conferentie papers die zijn gepubliceerd tijdens het PILL project, rond de setup van het vertrouwensframework
Alle resultaten van PILL kunnen worden gedownload hier.
Bijkomstig zijn alle PILL POC componenten openlijk beschikbaar voor iedereen die wil beginnen met exploreren. Indien je geïnteresseerd bent om onze PILL POC componenten te ontvangen, gelieve contact op te nemen met onze lead PILL developer:
Contact: alper.basak@imec.be
Downloads voor PILL
Als je geïnteresseerd bent in deelname aan een van onze lopende onderzoeken, neem dan contact met ons op
