Internet fisico: innovazione dirompente per una supply chain sostenibile

27/01/2022

Milos Milenkovic, Ricercatore post-dottorato nel Programma di Logistica Internazionale MIT-Saragozza

MILOS MILENKOVIC
Ricercatore post-dottorato nel Programma di Logistica Internazionale MIT-Saragozza

Immagina un sistema mondiale di trasporto di merce che funziona come Internet: la merce verrebbe trasportata in pacchi o contenitori standard e la rete, che non avrebbe bisogno di conoscere il contenuto, deciderebbe in modo autonomo il percorso migliore (corriere, veicoli, nodi e tipo di trasporto), che può cambiare in funzione delle circostanze. Cambiare il corriere, il veicolo e il tipo di trasporto porterebbe solo a maggiori costi e dispendio di tempo. Né il mittente né il destinatario avrebbero bisogno di conoscere o capire i dettagli di come viene trasportato il contenitore. Tutta la rete funzionerebbe con protocolli riconosciuti internazionalmente e sarebbe aperta a qualsiasi utente. Questa trasformazione verso un trasporto più efficiente contribuirebbe, in gran misura, a raggiungere una logistica mondiale più sostenibile.

Il concetto presentato è conosciuto come Internet fisico (PI, acronimo del termine in inglese o, inevitabilmente, π). Promosso per la prima volta un decennio fa da Benoît Montreuil, del Centro interuniversitario di ricerca sulle reti aziendali, logistiche e di trasporto di Montréal (CIRRELT), il sistema globale di trasporto π può sembrare un semplice modello teorico. Tuttavia, tutti gli elementi tecnologici necessari per crearlo esistono già e molti di essi sono già stati testati. Alcune delle barriere che l’Internet fisico deve affrontare non son tecniche bensì economiche, sociali e politiche.

Tutti gli elementi tecnologici necessari per applicare l’Internet fisico esistono già e sono stati testati

Perché si dovrebbe creare l’Internet fisico?

Nonostante secoli di continui miglioramenti, le inefficienze dei sistemi di trasporto e della logistica aziendale continuano ad avere un impatto negativo a livello economico, ambientale e sociale. I costi derivanti dal trasporto della merce continuano a crescere e possono arrivare addirittura a superare i vantaggi ottenuti in altri processi della supply chain. L’impatto sociale di queste inefficienze ha anche conseguenze come l’incremento degli incidenti, l’inquinamento, la cattiva gestione del tempo o il peggioramento delle condizioni di lavoro dei corrieri.

Dal punto di vista ambientale, il trasporto di merce rappresenta uno dei responsabili delle emissioni di gas effetto serra (28% nell’Unione Europea). Nonostante ciò, in generale, le emissioni in UE stanno diminuendo, quelle derivanti dal trasporto sono aumentate circa dello 0,9% nel 2018 e di un ulteriore 0,8% nel 2019.

Creare un Internet fisico aiuterebbe ad affrontare le seguenti problematiche:

  • La capacità del trasporto disponibile è sottoutilizzata. Carri merci, camion e contenitori sono spesso mezzi vuoti, in gran parte a causa dell’uso di imballaggi inefficienti e sovradimensionati.
  • I flussi di ritorno sono insufficienti, dato che gli operatori di trasporto non sfruttano i viaggi di ritorno. Di conseguenza, un quarto dei viaggi su strada viene realizzato senza carico.
  • Le installazioni logistiche vengono utilizzate spesso in modo insufficiente durante gran parte dell’anno a causa della stagionalità dei prodotti e del mercato.
  • Il trasporto su strada è il sistema di trasporto predominante a prescindere dal suo elevato impatto ambientale. Nel 2019, ha rappresentato il 76,3% dei movimenti e, nonostante scarseggino i camionisti, ci si aspetta una crescita annuale del 3% nel periodo 2021-2025.
  • Le inefficienze operative si scontrano con altre alternative più desiderabili. I differenti mezzi di trasporto attuali non sono ben sincronizzati tra di loro e il trasbordo di merce tra essi è, al giorno d’oggi, ancora inefficiente in termini di costi e tempo. Tuttavia, i treni sono quattro volte più efficienti dei camion e il trasporto per ferrovia riduce le emissioni di gas effetto serra del 75%.
  • La logistica nelle consegne dell’ ultimo miglio è migliorabile, soprattutto nelle aree urbane: circa il 40% dei costi di trasporto di ogni prodotto vengono generati proprio qui. La logistica urbana è anche responsabile del 70% degli ingorghi stradali nelle grandi città. Inoltre, l’espansione dell’e-commerce implica sempre più consegne con meno prodotti ma più destinazioni.

Si prevede che la domanda attuale di trasporto di carichi si triplichi entro il 2050, una crescita chiaramente insostenibile a livello sociale, economico e ambientale. È imprescindibile cercare soluzioni innovative nella logistica e nel trasporto di merce che dissocino la crescita economica dalla ripresa del traffico merci. L’internet fisico, π è una possibile soluzione.

L'Internet fisico promette di dissociare la crescita economica dall'aumento del traffico merci, che dovrebbe triplicare entro il 2050

Internet delle Cose (IoT)

La definizione formale dell’internet fisico è: “Un sistema logistico aperto, globale e multimodale basato sull’interconnettività fisica e digitale, abilitato tramite incapsulamento di dati, protocolli e interfacce standard”.

Per capire meglio il concetto di Internet fisico, possiamo confrontarlo con l’Internet normale, che connette miliardi di dispositivi in tutto il mondo e gli permette di comunicare tra loro. Qualsiasi persona con accesso a un computer o a uno smartphone (utenti privati, aziende e governi) possono connettersi a Internet. Allo stesso modo, l’Internet fisico potrebbe connettersi ed essere utilizzato da qualsiasi mittente o destinatario (in entrambe le reti è necessario ideare come escludere i cyber criminali).

Nell’Internet comune, le informazioni si dividono in pacchetti di dati e vengono trasmessi tramite una rete di collegamenti di comunicazione. I dati all’interno di ogni pacchetto vengono incapsulati senza essere ispezionati né processati su Internet. Allo stesso modo, nell’Internet fisico, il flusso di merce è legato a una serie di contenitori standard e la π non richiederebbe l’ispezione del contenuto (potrebbe essere una funzione delle dogane, ma non è comunque una preoccupazione della rete stessa).

L’intestazione digitale del pacchetto contiene tutte le informazioni necessarie per favorirne l’identificazione ed evitare errori nello spostamento fino alla destinazione. I pacchetti di dati sono guidati da dei router e vengono trasportati tramite, ad esempio, dei cavi ottici e vengono commutati tra differenti moduli con l’utilizzo dei modem. Nell’Internet fisico, ogni contenitore π viene etichettato con RFID e GPS affinché possa essere identificato, indirizzato e rintracciato nel passaggio nella rete

Nell’Internet fisico, la merce nei pacchetti standard (conosciuti come π contenitori) viene trasportata tramite fornitori di servizi logistici grazie a una rete fisica di corridoi

Nell’Internet comune, i fornitori offrono un servizio Internet agli utenti tramite protocolli che standardizzano e organizzano le operazioni. Da parte loro, gli utenti sfruttano una connessione senza interruzioni: possono usare Internet senza sapere come ci si connette ai dati. Allo stesso modo, nell’Internet fisico, la merce viene imballata in pacchi standard (conosciuti come contenitori π), equivalenti ai pacchetti dati che i fornitori di servizi logistici trasportano tramite la rete di corridoi fisici. Mentre il movimento dei dati Internet avviene tramite i cavi di rame, fibra e microonde, la π utilizzerebbe strade, ferrovie e aerei.

Nell’Internet fisico:

  • I centri di distribuzione gestiscono i flussi di contenitori π all’interno e all’esterno della rete (un’azione simile a inviare e ricevere un messaggio in un dispositivo mobile).
  • I mezzi di trasporto π effettuerebbero i flussi di contenitori π in modi differenti.
  • I terminali intermodali, nodi π, permetterebbero di spostare il carico tra diversi veicoli o mezzi di trasporto. I protocolli e le norme universali garantirebbero che i carichi provenienti da varie parti del mondo possano essere consegnati in qualsiasi parte del mondo.

Così come nella rete digitale, gli utenti π hanno fiducia nell’Internet fisico e nei servizi per inviare i prodotti a qualsiasi destinazione senza necessità di conoscere il percorso che seguirà la merce. Nella figura 1 viene mostrato un esempio di Internet fisico.

Illustrazione schematica dell’Internet fisico (Dong and Franklin, 2018)

Figura 1 - Illustrazione schematica dell’Internet fisico (Dong and Franklin, 2018)

Standard e connettività

La logistica dispone già di norme che standardizzano questioni come, ad esempio, le dimensioni che devono avere i contenitori e i pallet per facilitare la distribuzione e i messaggi EDI (electronic data interchange). Nonostante ciò, la sua adozione è molto lontana dall’essere universale. L’Internet fisico generalizza e amplia significativamente il concetto di "standardizzazione", così come quello di "connettività".

Una connettività universale è una delle caratteristiche più importanti dell’Internet fisico, necessario per tre aspetti:

  • Interconnettività fisica. Garantisce che le spedizioni possano muoversi senza problemi nella rete. Affinché questo avvenga, si necessitano standard per i contenitori, i corrieri e i sistemi di movimentazione.
  • Interconnettività digitale. Permette che gli obiettivi e gli attori che partecipano alla supply chain si scambino informazioni significative tramite l’Internet fisico. Questo aspetto dell’Internet delle Cose (IoT) è ben sviluppato.
  • Interconnettività operativa. Garantisce che i processi operativi e aziendali siano perfettamente interconnessi. Gli utenti possono quindi usare l’Internet fisico con facilità e gli attori che intervengono possono collaborare tra di loro per prestare un servizio migliore. Questa connettività può risultare la più difficile da raggiungere.

Interconnessione fisica per un flusso continuo di merce

Contenitori

L’internet fisico non gestirebbe carichi sfusi, pallet né merce non in contenitori. Si occuperebbe solo di merce in contenitori π. I contenitori π avrebbero dimensioni o moduli standard, sarebbero sostenibili dal punto di vista ambientale (costruiti in materiali ecologici), intelligenti (rintracciabili con RFID e GPS e capaci di interagire con la rete), sicuri, interconnessi per creare unità più grandi e, nella maggior parte dei casi, in grado di compattarsi per ottimizzare lo stoccaggio e migliorare l’efficienza dei viaggi di ritorno (figura 2).

Caratteristiche dei contenitori π

Figura 2 - Caratteristiche dei contenitori π

I contenitori π disporrebbero di una varietà di dimensioni e forme e potrebbero essere montati e smontati (come se fossero blocchi di Tetris). I contenitori di trasporto equivarrebbero ai contenitori ISO e sarebbero le unità di base della movimentazione degli articoli (l’equivalente di navette e pallet) mentre i contenitori di imballaggio sarebbero i contenitori di base a livello di articolo o SKU.

L’Internet fisico non gestirebbe carichi sfusi, pallet né merce non in contenitori. Si occuperebbe solo di merce in π contenitori

Movimento

Nell’Internet fisico, i π contenitori sarebbero i trasportatori dei cosiddetti π-movers, che includerebberon:

  • π-veicoli di trasporto. Camion e carri merce progettati per lavorare con π trasportatori per realizzare il carico e lo scarico così come il trasferimento della merce.
  • π-trasportatori. Sarebbero analoghi agli attuali sistemi di classificazione automatici. Nell’attualità, sono già stati realizzati dei test con differenti obiettivi, senza l’uso di cinghie o rulli, che hanno dato buoni risultati (figura 3).
  • π-movimentatori. Persone formate per lavorare con π contenitori.

π movimentatori (Montreuil, 2010)

Figura 3 - π movimentatori (Montreuil, 2010)

Nodi

Come nella rete logistica tradizionale, esistono nodi dove si possono trasferire le spedizioni tra corrieri. Nel sistema tradizionale, questi nodi incorporano spesso altre attività addizionali (trasporto sfuso, reimballaggio, etichettatura, ecc.) a scapito dell’efficienza del trasporto.

Nell’Internet fisico, i π-nodi saranno puramente dedicati alla gestione, allo stoccaggio e al trasferimento fornendo:

  • Entrate e uscite di prodotti rapide a affidabili.
  • Perfetta connessione tra mezzi di trasporto e i sistemi che muovono i prodotti nell’Internet fisico. I π nodi si connettono anche al software dei clienti per tracciare i π contenitori.
  • Controllo e protezione dei π contenitori per assicurarne l’integrità.

I π nodi potrebbero avere differenti capacità dal semplice trasferimento di π carrier tra i π veicoli (cross-docking) fino alla completa estrazione multimodale di π-contenitori. I π nodi verranno qualificati in funzione degli indicatori chiave come la velocità, il servizio, le limitazioni nelle dimensioni dei π contenitori gestiti e la capacità disponibile. Queste informazioni verranno utilizzate per i clienti (fisici o virtuali) per la creazione di rotte e per prendere altre decisioni.

Connettività operativa per il trasporto interconnesso

Ottimizzazione delle rotte

Al giorno d’oggi, esistono due modi di trasportare i carichi. La prima consiste nel servizio diretto (da un punto a un altro), quando il volume della merce giustifica l’utilizzo del camion o del treno completo per distribuire la merce. Se, invece, il numero dell’articolo da distribuire è limitato, le aziende ricorrono a nodi intermedi (hub) e all’utilizzo di camion parzialmente pieni (il che si conosce come hub-and-spoke).

Entrambe le tipologie di trasporto di merce sono inefficienti. Il servizio diretto può portare a ritardare le spedizioni in attesa che il camion sia completamente carico (o che il veicolo circoli parzialmente carico) e, spesso, il camion ritorna vuoto. Nel sistema hub-and-spoke è più facile riunire la merce con differenti ordini e assicurare che il camion non ritorni vuoto ma spesso si perde molto tempo e si incorre in costi addizionali per movimentare la merce ed effettuare il trasbordo.

L’Internet fisico accorcerebbe notevolmente i tempi medi di trasporto e ridurrebbe i costi

L’Internet fisico potrà cambiare le inefficienze nel trasporto della merce. Si tratta di una rete di trasporto intermodale distribuita in vari segmenti (figura 4). Ogni π corriere porterebbe il carico fino al centro di transito successivo all’interno del percorso e, successivamente, caricherebbe un altro carico per poi tornare al punto di origine. Negli π hub, lo stesso o un altro corriere (o mezzo di trasporto) prenderà il carico in un intervallo di tempo breve e lo sposterebbe al centro di transito successivo, determinato dalla rotta ottimale per questo contenitore. In questo modo, il tempo medio di trasporto si accorcerebbe considerevolmente e si abbasserebbero i costi.

Rete di mobilità globale aperta (Montreuil, 2012)

Figura 4 - Rete di mobilità globale aperta (Montreuil, 2012)

Autonomia nel processo decisionale

Nell’Internet fisico si possono usare differenti criteri per generare le rotte di trasporto. Tuttavia, l’obiettivo è creare rotte di trasporto autonome in accordo con i processi e i prodotti stabiliti.

  • Livello basso: il π contenitore non avrebbe nessuna capacità decisionale né intelligenza. Gli spedizionieri o i fornitori di servizi logistici organizzerebbero le rotte per la distribuzione. Questo potrebbe obbligare a realizzare delle fermate, come, ad esempio, nel caso in cui un tipo di carico debba passare per una dogana e quindi è stato progettato per entrare in un Paese in particolare. L’Internet fisico si occuperebbe di risolvere tutto ciò in modo autonomo.
  • Livello medio: il π contenitore avrebbe una minima autonomia nel processo decisionale. I fornitori di servizi logistici riceverebbero informazioni come l’ubicazione e lo stato dei π contenitori e prenderebbero decisioni che verranno trasmesse al π contenitore e agli attori che intervengono nell’Internet fisico. I π contenitori avrebbero autonomia limitata per prendere decisioni riguardo necessità urgenti.
  • Livello alto: nella versione meglio sviluppata, i π contenitori avranno la massima autonomia nel processo decisionale. I fornitori logistici specificano solo l’ora delle spedizioni, la destinazione finale e le regole stabilite (minor tempo, costi e emissioni di anidride carbonica). I π contenitori e i differenti attori che intervengono nell’Internet fisico decideranno la rotta, rivolgendosi ai fornitori logistici in situazioni limite.

Un’Internet fisico aperto

Nei sistemi logistici esistenti, la maggior parte dei magazzini e dei centri di distribuzione vengono utilizzati per uno o per pochi attori in una rete privata. L’Internet fisico permetterebbe di passare da una supply chain privata a una rete di fornitura globale e più aperta:

  • I nodi saranno totalmente accessibili per la maggior parte degli attori (produttori, distributori, fornitori di servizi logistici, dettaglianti e altri utenti). Gli utenti avrebbero così maggiore libertà sui punti di stoccaggio e sui magazzini e potrebbero pianificare l'approvvigionamento in modo più flessibile e con maggior capacità di risposta.
  • La capacità dei nodi di processare, stoccare o muovere la merce potrebbe anche essere acquistata su richiesta o su base contrattuale, a seconda dell'uso.

Bisognerebbe attendere che i software di gestione magazzini (WMS) dell’Internet fisico siano aperti e connessi. Nonostante ciò, per ragioni commerciali e di privacy, l'accesso al WMS può essere limitato a una società o a un gruppo di clienti collegati (per esempio VPN, reti private virtuali). Allo stesso modo, l’Internet fisico si occuperebbe dei contenitori e del loro contenuto; elemento non incluso nell’esecuzione. La figura 5 illustra la transazione delle reti di fornitura privata a una rete di fornitura globale aperta.

Cinque reti di distribuzione di aziende in una rete di distribuzione chiusa

a) Cinque reti di distribuzione di aziende in una rete di distribuzione chiusa

Rete di distribuzione collaborativa di cinque aziende associate

b) Rete di distribuzione collaborativa di cinque aziende associate

Figura 5. Transizione da reti di fornitura private a una rete di fornitura aperta e globale di cinque aziende in diversi mercati nordamericani (Sohrabi et al., 2012)

Una rete di fornitura di questo tipo avrebbe importanti effetti positivi in quanto a riduzione dei tempi di consegna, un uso più efficiente degli attivi fissi e mobili e la diminuzione dei danni economici, sociali e ambientali.

Conclusioni sulla proposta dell’Internet fisico

  • L’Internet fisico si basa sul modello dei protocolli dell’Internet comune. I movimenti di pacchetti di informazione di dati nell’Internet comune e della merce ne π dall’emittente al ricevente sono ben organizzati e vengono realizzati dal sistema automaticamente. Questo facilita l’uso ottimale della capacità disponibile nella rete senza l’intervento umano.
  • L'organizzazione dell’Internet fisico è orientata ai centri di distribuzione. Le spedizioni vengono portate al centro di distribuzione più vicino e successivamente vengono spostate in modo ottimale fino al successivo centro di distribuzione più vicino alla destinazione.
  • Non si gestisce la merce ma contenitori intelligenti, ecologici e modulari.
  • I trasbordi si realizzano automaticamente senza l’intervento umano. I tempi di attesa si accorciano grazie alla capacità di previsione e dei dati del sistema.
  • Le distanze tra centri di distribuzione verranno scelte cercando di ottimizzare i costi di trasbordo e le capacità dei veicoli.
  • Per le spedizioni a lunga distanza, è possibile utilizzare più di un centro intermedio. Tuttavia, il fattore di carico dei mezzi di trasporto sarà alto e i ritardi dovuti al traffico saranno evitati.
  • Gli spedizionieri e i fornitori di servizi logistici avranno informazioni in tempo reale sull’ora prevista di arrivo della merce.

Secondo una tabella di marcia proposta da ALICE, la diffusione completa dell’Internet fisico sarebbe possibile entro il 2040

Perché no?

Se la proposta anteriore risulta convincente e le tecnologie necessarie sono già disponibili, cosa impedisce l’implementazione dell’Internet fisico?

Nel Green Deal europeo, l'Unione Europea mira ad essere il primo continente neutrale dal punto di vista climatico entro il 2050. L’Internet fisico, probabilmente il progetto più ambizioso nella ricerca dell’efficienza e della sostenibilità nel trasporto, contribuirebbe alla transazione verso le zero emissioni. Secondo la tabella di marcia proposta da ALICE (piattaforma tecnologica europea per l’innovazione logistica tramite la collaborazione), la completa diffusione dell'Internet fisico sarebbe realizzabile entro il 2040.

L’Internet fisico accorcerebbe notevolmente i tempi medi di trasporto e ridurrebbe i costi

Anche se l'Internet fisico offre miglioramenti significativi nell'agilità, nella robustezza, nella resilienza e nell'impronta ambientale delle supply chain, i progressi verso la sua implementazione rimangono limitati. Alcuni degli ostacoli più significativi sono:

  • La reticenza di determinate imprese a collaborare. Le collaborazioni esistenti sono limitate a pochi partecipanti e sono abbastanza difficili da valutare o generalizzare.
  • La mancanza di strumenti e processi universalmente approvati. Gli standard esistenti sugli strumenti e i processi nel settore logistico hanno delle limitazioni che rendono difficile la sua applicazione a livello globale.
  • Una rete interconnessa a livello universale non dev’essere solo tecnicamente fattibile ed economicamente redditizia, ma deve anche essere accettata dalla società e dall’industria. È necessario dimostrare che l’Internet fisico possa funzionare, tramite un test pilota, per creare fiducia e consenso sulla progettazione e sul funzionamento. Come avviene con tutte le reti, però, esiste un buon effetto scala ed è possibile che le dimostrazioni su piccola scala non rilevino in modo convincente i grandi vantaggi dell’Internet fisico

Un modo per promuovere lo sviluppo e l’adozione dell’Internet fisico sarebbe adottare un approccio graduale che favorisca la crescita progressiva in termini di complessità e copertura. Questa transazione graduale si potrebbe raggiungere con azioni di ricerca e innovazione pianificate, specifiche e continue, basate su una collaborazione globale tra l’industria e il mondo accademico.

 


 

Il Dr. Milos Milenkovic ha lavorato come ricercatore allo ZLC. Attualmente è professore assistente presso la facoltà di Ingegneria dei Trasporti e del Traffico all'Università di Belgrado in Serbia. Il Dott. Milenkovic ha conseguito: un dottorato di ricerca in Scienze tecniche del traffico e dei trasporti con particolare attenzione al traffico ferroviario delle merci, ai problemi di programmazione e di dimensionamento della flotta; un master in Scienze tecniche con particolare attenzione ai problemi di coordinamento di spedizioni dei treni e un master in Sistemi di trasporto ferroviario intelligenti presso la facoltà di Ingegneria dei Trasporti e del Traffico (Università di Belgrado).