Physical Internet Living Labs

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.

"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

De Europese Commissie erkent deze behoefte aan een efficiënter en veerkrachtiger logistiek systeem, en heeft het Europees Technologieplatform voor Logistiek (beter bekend als ETP Alice) de opdracht gegeven om een strategische roadmap voor het Physical Internet tegen 2040 te ontwikkelen.

Video 1: De ETP Alice roadmap voor PI

2.2 Staat van PI

Sinds haar conceptie heeft de ETP Alice roadmap al verschillende Europese en regionale onderzoeksinitiatieven en -projecten geïnspireerd. De meeste daarvan zijn gericht op ofwel het aantonen van de sociaaleconomische voordelen van synchromodale operaties, ofwel het onderzoeken van de mogelijkheden tot geautomatiseerde scheepsvaart en infrastructuur. Dit resulteert in een bij momenten gefragmenteerd landschap aan projecten waarbinnen het ontbreekt aan een holistische en technologische aanpak voor hoe zo'n onderling verbonden en synchromodaal netwerk van assets en stakeholders er nu juist uit moet zien.

PILL probeert deze kloof te overbruggen door een holistisch en technisch kader te creëren waarop de individuele use cases kunnen worden geïntegreerd. Kort samengevat presenteert PILL een open, gedecentraliseerd framework voor een interoperabel en geïnterconnecteerd logistiek netwerk.

De belangrijkste uitdagingen voor het PI

3. De PILL blauwdruk

Ons technisch ontwerp of 'PILL blauwdruk' voor een open Physical Internet netwerk wordt onderbouwd door drie ontwerpprincipes:

1. Netwerktransparantie
   Alle actoren dragen bij aan en hebben toegang tot een holistisch overzicht van het volledige logistieke netwerk met al zijn knooppunten, mogelijkheden (capabilities) en transporten.
   Deze transparantie verzekert het netwerk van een optimale routing van transport.
    
2. Gedecentraliseerde interoperabiliteit
   Alle actoren zijn met elkaar verbonden via een gedecentraliseerd netwerk, wat onderling vertrouwen stimuleert. Het volgen van een set standaarden zorgt ervoor dat de logistieke processen binnen het netwerk volledig interoperabel zijn, waardoor automatisering doorheen de waardeketen mogelijk wordt.
    
3. Holistisch, zelfsturend systeem
   Alle operaties moeten zelfsturend zijn en zich op een holistische manier gedragen zodat de beschikbare bandbreedte van het systeem maximaal wordt benut.
   Dit zorgt voor een optimale efficiëntie van het systeem en vergroot de veerkracht (resilience) in geval van disrupties.

3.1 De netwerkstaat: transparantie brengen binnen het logistieke netwerk

Een van de centrale doelen van het Physical Internet is het stimuleren 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).

PILL droeg hier verder aan bij door (1) deze bouwstenen om te zetten in een standaard voor het delen van logistieke locaties, diensten en capaciteit op een open netwerk, en (2) de gegevens te consolideren in een zogenaamde Network State, een virtuele 2D-kaart die het volledige logistieke netwerk vertegenwoordigt. Omdat alle participanten een holistisch beeld hebben van het logistieke netwerk, draagt de Network State bij tot het ontdekken en inzetten van nieuwe knooppunten, routes of diensten.

3.2 De PI-client: Interoperabiliteit mogelijk maken op een gedecentraliseerd netwerk

Na het opzetten van een transparante Network State kunnen de logistieke actoren beginnen samenwerken op het logistieke netwerk. Een op vertrouwen gebaseerde samenwerking is cruciaal voor het functioneren van het Physical Internet. Daarom werpt een gedecentraliseerd netwerk zich op als oplossing. Dit PI-netwerk bouwt verder op de volgende vier hoekstenen:

• Open, gedecentraliseerd netwerk: Gedrags- en governanceregels voor een netwerk gebaseerd op het gedecentraliseerd delen van informatie en interoperabiliteit.
• Gestandaardiseerd datamodel & processen: Gegevens- en processtandaarden voor logistiek transport, voortbouwend op de bestaande DCSA-standaard, geworteld in het ruimere UN/CEFACT.
• Universele PI-client connector: Softwarecomponent die partijen met het netwerk verbindt en interoperabiliteit tussen de stakeholders orkestreert.
• Routing engine & simulatiemodel: Component die verantwoordelijk is voor de holistische berekening van de meest optimale goederenstroom, op provider- en mode-agnostische wijze.

De PI-client hoeksteen is de belangrijkste motor van het gedecentraliseerde logistieke netwerk.

Ten eerste fungeert het als connector met het logistieke PI netwerk. Eenmaal geïnstalleerd werkt hij als een digital agent die de verbinding legt met alle andere PI-clients, en informatie over de netwerkstatus deelt van en naar elke deelnemer.

Ten tweede dient de PI-client als platform voor 3rd party applicaties en diensten:

1. Het is een marktplaats voor gedecentraliseerde PI applicaties die supply chain processen of strategische optimalisaties mogelijk maken.
2. Het zorgt ervoor dat de verschillende applicaties op het PI-netwerk met elkaar kunnen samenwerken om processen te automatiseren en te optimaliseren.

3.3 PI simulatie: een holistisch, zelfsturend systeem

Om de kerneigenschappen van een Physical Internet (PI) systeem te ontwerpen en te begrijpen, werd een simulatiemodel ontwikkeld. Deze 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 veerkrachtigheid bij disrupties.

De simulatietool volgt de agent-based modeling methodologie waarbij onafhankelijke entiteiten worden voorgesteld als agenten. Deze agenten zijn ontworpen om dynamisch te interageren met hun omgeving, met als opzet het bereiken van specifieke doelstellingen. In deze context symboliseert een agent een transportmiddel, een logistieke faciliteit, of een logistieke operator die gebruik maakt van het logistieke ecosysteem.

4. Validatie: bouwen en testen van de PI blauwdruk

Om onze visie op de PI blauwdruk te valideren werden drie softwarecomponenten ontwikkeld die samen het eerste functionele prototype van een gedecentraliseerd PI-netwerk vormen:

• PI-Client: maakt verbinding met het netwerk, zorgt voor interoperabiliteit met peers en beheert 3rd party applicaties.
• Network State platform: biedt inzicht in het netwerk en de data.
• PI-simulatie: simuleert containerstromen over het gevisualiseerde fysieke internet en levert gedetailleerde metingen.

Na de ontwikkeling en integratie van deze componenten in de proof-of-concept demo, werd een validatietraject in twee fasen uitgerold om de effectiviteit van de blauwdruk te evalueren op vlak van:

• Verbetering van de veerkrachtigheid van het netwerk: vermogen om disrupties te weerstaan en alternatieve oplossingen te vinden.
• Interoperabiliteit tussen belanghebbenden en het realiseren van processen op een gedecentraliseerd netwerk.

4.1 Risicovrije omgevingsvalidatie

De PI-simulatietool speelde een cruciale rol bij het op verschillende niveaus verifiëren van de functionaliteit en efficiëntie van de blauwdrukcomponenten (boeken en routing). 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. Dit maakte het bouwen van een schaalbaar systeem mogelijk.

De verbeteringen die het PI-systeem zou kunnen bieden werden gekwantificeerd door middel van simulatiescenario's, waarbij de PI vergeleken werd met het "Business as Usual"-scenario. Het simuleren en analyseren van beide scenario's en hun data liet toe duidelijke vergelijkingen te maken op het gebied van efficiëntie, kosteneffectiviteit en milieueffecten. Op die manier toonden de simulatie-experimenten aan dat een Physical Internet - zoals beschreven in de blauwdruk - de logistieke stroom kan optimaliseren en zo tot aanzienlijk minder uitstoot en een betere inzet van bedrijfsmiddelen kan leiden. Een gedetailleerd overzicht van de resultaten vindt men terug in het eindrapport (sept. 2024).

4.2 De PI-Client Living Lab

Het PI-Client Living Lab bestond uit een veldtest van twee weken waarin de PI-client en de decentrale routeplanner werden getest. Tien deelnemers (expediteurs, transporteurs en terminal operators) die actief zijn op de corridor van het Albertkanaal installeerden de PI-client en creëerden zo een Network State. Gedurende de volgende twee weken gebruikten de expediteurs dan de routeplanner om beschikbare routes op het PI-netwerk te vinden en te boeken.

Deze proeftuintest was meteen ook 's werelds eerste succesvolle boeking van een container op het Physical Internet.

5. Implementatie van PI: integratie van de PI-client in data spaces

Met de PI-client heeft PILL de haalbaarheid van interoperabiliteit op een decentraal netwerk aangetoond. Om het Physical 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 kampt echter nog steeds met verschillende schaalbaarheidsuitdagingen zoals vindbaarheid, identificatie en overeenkomsten.

Deze uitdagingen sluiten nauw aan bij bezorgdheden die vandaag al onderzocht worden in het domein van "Data Spaces", een opkomend technologisch ecosysteem dat zich richt op het delen van gegevens via decentrale netwerken. De overeenkomsten tussen data spaces en PI bieden de mogelijkheid om beide technologieën te combineren en de voordelen van zowel data spaces als het Physical Internet te benutten.

De laatste fase van het PILL-project zal daarom gericht zijn op het opzetten van een derde test, gericht op het integreren van de PI-client in de data space architectuur. Dit invouwen van de belangen en oplossingen voor data spaces in de PI blauwdruk zal hoogstwaarschijnlijk leiden tot het ontstaan van een logistieke PI data space. Deze kan dan de verschillende schaalbaarheidsuitdagingen die de PI-client vandaag belemmeren oplossen.

6. Toekomstige projecten: voorbij PILL

PILL heeft al aanzienlijke bijdrages geleverd aan de ALICE roadmap en de State of the Art (SOTA) van PI door:

• Het bouwen van een framework voor verbeterde transparantie van logistieke knooppunten en diensten door het definiëren van een Network State;
• Het ontwikkelen van een decentraal netwerk via een PI-client die interoperabiliteit tussen alle knooppunten in het netwerk mogelijk maakt;
• Het aanpakken van de vindbaarheid op een decentraal netwerk door gebruik te maken van bouwblokken uit data spaces.

Door de eerste stappen te zetten in de integratie van de PI in data spaces heeft PILL een eerste schaalbaar framework en demonstrator gerealiseerd van een Physical Internet. Toch blijft een belangrijke vraag nog onbeantwoord.

Data spaces draaien om technologie voor het delen van data. De primaire 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 (process sharing).

Om een echte PI data space te creëren, moet de scope van data space worden uitgebreid naar process sharing. Daarom werkt het PILL-team momenteel aan een vervolgproject om een framework voor process sharing in data spaces te ontwikkelen.

Voor meer inzicht in process sharing verwijzen we naar dit artikel van onderzoeksinstituut TNO.