Das Physikalische Internet - Physical Internet Initiative

Transcription

Manifest für ein Physikalisches Internet
Veränderung der Art und Weise, wie physikalische Objekte,
bewegt, gelagert, realisiert, geliefert und verwendet werden,
zum Ziel der globalen Effizienz und Nachhaltigkeit
Professor Benoit Montreuil
Canada Research Chair in Enterprise Engineering
CIRRELT Interuniversity Research Center
on Enterprise Networks, Logistics and Transportation
Laval University, Québec, Canada
Version 1.11.1 : 2012-11-28
Übersetzt von Dr. Mustapha Lounès
Manifest für ein Physikalisches Internet, Version 1.11.1
Professeur Benoit Montreuil, CIRRELT, Université Laval
Québec, 2012-11-28, 1/77
Danksagungen
Das Physikalische Internet-Manifest
erfuhr bedeutende Beiträge von geschätzten Kollegen und Doktoratsstudenten
America
CIRRELT Research Center:
• Teodor Crainic - UQAM
• Michel Gendreau - Université de Montréal
• Driss Hakimi, Mustapha Lounès, Jacques Renaud, Helia Sohrabi - Université Laval
CICMHE, College-Industry Council for Material Handling Education:
• Russ Meller – CELDi, University of Arkansas
• Kevin Gue & Jeff Smith – Auburn University
• Kimberley Ellis –CELDi, Virginia Tech
• Leon McGinnis – Georgia Tech
• Mike Ogle – MHIA
Europe
•
•
•
•
•
Éric Ballot, Frédéric Fontane, Shenle Pan, Rochdi Sarraj – Mines ParisTech
Rémy Glardon – EPFL
Rene De Koster – Erasmus University
Olivier Labarthe – IUT Bordeaux Montesquieu
Detlef Spee – Fraunhofer Institute for Material Flow and Logistic
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Manifest-Essenz
 Grand Challenge der globalen
Nachhaltigkeitslogistik
 Im Hinblick des Physikalischen Internet
 Ein Logistiks-Web aktivieren
 Von der Vision zur Realisierung
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Stichprobe von Unternehmen, die
zur Physikalischen Internetinitiative beitragen
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Auf den ersten Blick, die Logistik scheint leistungsfähig!
Die Logistik ist das Rückgrat unseres Lebensstils
Ursprüngliches Diapositive-Konzept von Professor Russ Meller, CELDi, U. of Arkansas
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Auf den ersten Blick, die Logistik scheint leistungsfähig!
Die Logistik ist das Rückgrat des elektronischen Handels
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Auf den ersten Blick,
die Logistik
scheint leistungsfähig!
Die Logistik
ist das Rückgrat
des weltweiten Handels
7
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Wir müssen jedoch eine harte Realität konfrontieren?
Behauptung
der logistische Ineffizienz und der Nicht-Nachhaltigkeit
Die Art und Weise wie die physikalischen Objekte
weltweit
bewegt, gelagert, realisiert, ausgeliefert und verwendet sind,
ist ökonomisch, ökologisch und sozial
ineffizient und nicht nachhaltig
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Warum wir uns ändern müssen?
Logistische Ineffizienz und Nicht-Nachhaltigkeit
Ökonomisch
Logistik: eine Belastung von 5-15 % des BIP in den meisten Ländern
Die weltweite Logistikkosten wächst schneller als der Welthandel
Ökologisch
Einer der größten Umweltverschmutzer, Energieerbraucher
und Emittenten von Treibhausgasen
Wachsender negativer Beitrag während die Ziele der Nationen
starker Kürzungen anstreben
Gesellschaftlich
Mangel an schnellen, zuverlässigen und preiswerten
Zugänglichkeit und Mobilität
der physikalischen Objekte,
für die große Mehrheit der Weltbevölkerung
Die Arbeitsbedingungen in der Logistik sind allzu oft unsicher
European Commission: A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in
2050, Office of the European Union, Brussels, 16p. (2011)
Serveau, L.T. : Inventaire des émissions de polluants dans l’atmosphère en France. In:
SECTEN, Citepa, Paris (2011)
European Commission: EU energy and transport in figures. Statistical Pocketbook, (2009)
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Ineffizienz und nicht-Nachhaltigkeit Symptome
die uns führen heftig und kraftvoll eine Mauer zu schlagen
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Luft und Verpackung wird transportiert
Leerfahrten sind eher die Regel als die Ausnahme
Fernlastfahrer: moderne Cowboys
Produkte lagern meist nutzlos dort, wo nicht benötigt und sind nicht verfügbar dort,
wo sie gebraucht werden
Produktion und Lagerraum bleiben unausgelastet
Viele Produkte werden nie verkauft, nie verwendet
Produkte erreichen nicht diejenigen, die sie am meisten brauchen
Produkte wandern unnötigerweise kreuz und quer auf dem Globus
Schneller, zuverlässiger, multimodaler Transport ist ein Traum?
Ein Alptraum: Produkttransport in und aus den Städten heraus
Supply Chain- und Logistiknetzwerke sind weder sicher noch robust
Intelligente Automation und Technologie sind schwer zu rechtfertigen
Innovation wird stranguliert
Montreuil B. (2011) Towards a Physical Internet: Meeting the Global Logistics Sustainability Grand Challenge, Logistics Research,
currently available as online publication, 2011-02-12, http://www.springerlink.com/content/g362448hw8586774/fulltext.pdf
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Logistische Ineffizienz und Nicht-Nachhaltigkeit Symptome
1. Luft und Verpackung wird transportiert
• Lastkraftwagen und Container sind häufig halb leer bei der Abfahrt, wobei der
nicht-leere zu einem wesentlichen Anteil aus Verpackung besteht: 56,8% voll,
wenn nicht leer; 42,6% durchschnittliche Nutzung
2. Leerfahrten sind eher die Regel als die Ausnahme
• Fahrzeuge und Container kehren oft leer zurück, oder nehmen Sonderwege, um
Ladung für die Rückfahrt zu finden (25 % der zurückgelegten Kilometer), und die
bei der Abfahrt voll geladenen Fahrzeuge werden leerer und leerer, während sich
ihre Route von Anlieferungsort zu Anlieferungsort ausweitet
3. Fernlastfahrer sind moderne Cowboys geworden
• Immer sind zu viele Fahrer auf der Straße, zu oft weit und für lange Zeit weg von
zu Hause (sehr hohe Umschlagshäufigkeit); Ihr Familien- und soziales Leben, wie
auch ihre persönliche Gesundheit sind prekär; Im allgemeinen, die Logistik
Arbeitnehmern und die Lagerarbeiter haben ähnliche prekäre Positionen
4. Produkte lagern meist nutzlos dort, wo nicht benötigt und sind
nicht verfügbar dort, wo sie gebraucht werden
• Fabrikanten, Verteiler, Einzelhändler und Nutzer, sie alle lagern Produkte ein, oft in
riesengroßen Mengen über ihre Netzwerke aus Lagerhäusern und
Distributionszentren, dennoch das Serviceniveau und die Reaktionszeiten sind
gegenüber den lokalen Nutzern eingeschränkt und unzuverlässig
5. Produktion und Lagerraum bleiben unausgelastet
• Die meisten Unternehmen investieren in Produktions-, und Lagereinrichtungen,
welche meistens unausgelastet, oder schlecht genutzt sind. Sie befassen sich mit
Produkten, die besser woanders behandelt würden, und folglich viel unnötigen
Transport erzwingen
11
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6. Viele Produkte werden nie verkauft, nie verwendet
• Ein signifikanter Teil der Verbrauchsgüter erreicht niemals rechtzeitig den Zielmarkt.
Diese Güter bleiben oft unverkauft und/oder ungenutzt, während sie woanders
notwendig gewesen wären; in der frisch Lebensmittelindustrie, werden Produkte mit
alarmierender Geschwindigkeit vernichtet: 12% beim Transit, 25% am Einzelhandel
Nicht verkaufte Autos in Großbritannien
7. Produkte erreichen nicht diejenigen, die sie am meisten brauchen
• Das trifft besonders zu in weniger entwickelten Ländern und in den von Katastrophen
und Krisen betroffenen Zonen
8. Produkte wandern unnötigerweise kreuz und quer auf dem Globus
• Produkte werden gewöhnlich Tausende von Kilometern transportiert, die man hätte
vermeiden können, wenn sie viel näher am Nutzungsort gefertigt oder
zusammengesetzt würdenf
9. Schneller, zuverlässiger, multimodaler Transport ist ein Traum
 Obwohl es großartige Intermodalen Beispiele gibt, iim allgemeinen die
Synchronisation ist so schwach, die Schnittstellen so schlecht konzipiert, dass
multimodale Reiserouten meist kostenineffizient und riskant sind.
10. Ein Alptraum: Produkttransport in und aus den Städten heraus
 Die meisten Städte sind nicht konzipiert und ausgestattet, um Gütertransport,
Behandlung und Lagerung zu erleichtern.
Gerade das macht die Versorgung der Unternehmen und der Verbraucher in Städten
zum Alptraum
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11. Netzwerke sind weder sicher noch robust
• Es gibt eine extreme Konzentration von Operationen in einer beschränkten
Anzahl zentralisierter Produktions- und Distributionseinrichtungen. Das erzeugt
Verkehr auf einem reduzierten System intensiv genutzter Routen
• Das macht die logistischen Netzwerke und Supply Chains vieler Unternehmen
unsicher angesichts räuberischer und terroristischer Angriffe, und nicht robust
gegenüber Naturkatastrophen und Nachfrage-Krisen
12. Intelligente Automation und Technologie sind schwer zu
rechtfertigen
• Fahrzeuge, Bearbeitungssysteme und Arbeitseinrichtungen müssen sich mit
einer großen Anzahl von Baustofftypen, Formen und Einheitsladungen
befassen, und dabei mit jedem Akteur unabhängig und lokal dessen Belange
verhandeln
• Das rechtfertigt kaum den Einsatz von „Verbindende Intelligente Technologien“
(z.B. RFID), die systemische Behandlung und Transportautomatisierung, sowie
intelligente Steuerungs- und Kooperations-Software
13. Innovation wird stranguliert
• Innovation wird erstickt, namentlich durch Mangel an generischen Standards
und Protokollen, Transparenz, Modularität und einer systemischen, offenen
Infrastruktur.
• Das verhindert Schlüsselinnovationen, so dass der Blick auf marginale und MiniInnovationen gerechtfertigt scheint
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Kartographierung
der Ineffizienz und der Nicht-Nachhaltigkeit Symptome
Gesellschaftlich
Ökologisch
Ineffizienz und nicht-Nachhaltigkeit Symptome
Ökonomisch
versus der ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Aspekten
1 Luft und Verpackung wird transportiert
2 Leerfahrten sind eher die Regel als die Ausnahme
3 Fernlastfahrer: moderne Cowboys
4
Produkte lagern meist nutzlos dort, wo nicht benötigt und sind nicht verfügbar
dort, wo sie gebraucht werden
5 Produktion und Lagerraum bleiben unausgelastet
6 Viele Produkte werden nie verkauft, nie verwendet
7 Produkte erreichen nicht diejenigen, die sie am meisten brauchen
8 Produkte wandern unnötigerweise kreuz und quer auf dem Globus
9 Schneller, zuverlässiger, multimodaler Transport is ein Traum
10 Ein Alptraum: Produkttransport in und aus den Städten heraus
11 Supply Chain- und Logistiknetzwerke sind weder sicher noch robust
12 Intelligente Automation und Technologie sind schwer zu rechtfertigen
13 Innovation wird stranguliert
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Das Grand Challenge
der globalen Nachhaltigkeitslogistik
Design eines Systems,
um physikalische Objekte weltweit
zu bewegen, lagern, realisieren, ausliefern und verwenden,
mit der Art und Weise dass das
ökonomisch, ökologisch und sozial Effizient und Nachhaltig ist
Montreuil B. (2011) “Towards a Physical Internet: Meeting the Global Logistics Sustainability Grand Challenge,” Logistics Research, 3(2-3), 71-87, 2011.
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Das Gesamtziel in Richtung der globalen
Logistische Effizienz und Nachhaltigkeit entlocken
Ökologisches Ziel
Die Treibhausgasemissionen, der Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung
die von der Logistik induziert sind durch eine Größenordnung nachhaltig verringern
Ökonomisches Ziel
Die globalen ökonomischen Belastungen der Logistik durch eine
Größenordnung nachhaltig verringern und gleichzeitig die
Erhöhung der Geschäftsproduktivität erzeugen
Gesellschaftliches Ziel
Die Lebensqualität der Beschäftigten in der Logistik und zuggleich
der Weltbevölkerung erheblich und dauerhaft verbessern, durch
die Verbesserung der rechtzeitige Erreichbarkeit und Mobilität
der physikalischen Objekte
Hinweis: Im folgenden ist die Logistik in ihrem weitesten Sinn. Sie schließt Transport, Handhabung, Lagerung, Lieferung und Realisierung (Herstellung,
Montage, Endbearbeitung Personalisierung, Recycling) und die Verwendung ein
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Digitales Internet
Die Information-Highway Metapher nutzen
vor Jahrzehnten, die Gemeinschaft von Informations- und
Kommunikationstechnologien steckte in einem riesigen ineffizient und
unhaltbare Gewirr infolge Millionen unverbundenen Computern
Als die digitale Welt
nach einem Konzept für ihre eigene Transformation suchte, bezog sie sich
auf eine physikalische Transport und Logistik inspirierte Metapher :
Ausbau des Information-Highway
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Das Grand Challenge der IT treffen
Ausbau jenseits der Information-Highway Metapher
Vorher: Millionen von unverbundenen Computer – ineffizient und unhaltbar
Nachher: Millionen von verbundenen Servern und der Computern, um der
„Information-Highway“ zu bilden
Schlüsselenabler: Transmission formatierter Datenpakete, so dass sie heterogene
Systeme durchlaufen können, indem sie das TCP/IP Protokoll einhalten
Resultat: das Internet, das Web, das Handy, die Apps,…
Eine eröffnete und verbundene verteilte Netzwerk-Infrastruktur
Verarbeitende Industrie, Wirtschaft, Kultur und Gesellschaft für immer umwandeln
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In Richtung ein Physikalisches Internet
Das digitale Internet als Metapher für die physikalische Welt
Obwohl es grundlegende Unterschiede
zwischen der Physikalischenund der Informations-Welt gibt,
So hat die Physikalische Internetinitiative
zum Ziel die Metapher des Internets auszuwerten,
um eine Vision für eine nachhaltige
und fortschrittliche Schlüssellösung
zu globalen Problemen vorzuschlagen,
die eng verknüpft sind mit der Art
wie wir weltweit physikalische Objekte
bewegen, lagern, realisieren, versorgen und benutzen
Montreuil B. (2011) Towards a Physical Internet: Meeting the Global Logistics Sustainability Grand Challenge, Logistics Research,
currently available as online publication, 2011-02-12, http://www.springerlink.com/content/g362448hw8586774/fulltext.pdf
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Aussetzung der Schlüsseleigenschaften
der Vision vom Physikalischen Internet
Evolution in Richtung eines weltweiten Physikalischen Internet
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Das Physikalische Internet
(PI, π)
Das Physikalische Internet ist ein
offenes globales Logistiksystem,
das auf die physikalische, digitale
und operative Interkonnektivität
durch Verkapselung, Schnittstelle
und Protokollen gegründet ist
Das PI ermöglicht
einem effizienten, nachhaltigen,
anwendbaren und belastbaren
Logistiks-Web
Montreuil B., R.D. Meller & E. Ballot (2012). Physical Internet Foundations, In: Service Orientation in Holonic and Multi Agent Manufacturing and Robotics, edited by T. Borangiu et al., Springer.
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Vereinfachte Vorstellung
des Physikalischen Internet
• Freier Markt für den Warentransport
(Ebay-ähnlich)
• Behandelt nur Modulare Containern
„Black Box“
• Offene und gemeinsame Transportund Distributionsnetzwerke
• Beträchtliche Gemeinschaft von
Nutzern
Nahtlos Konsolidierung der modularen Containern in das Physikalischen Internet
B. Montreuil & C. Thivierge, 2011
• Verbesserung der logistischen
Leistungsfähigkeit durch die Lieferant
Zertifikation und Bewertung durch
Benutzer
Angepasst von einem Beitrag von Professor Russ Meller von CELDi, U. von Arkansas
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Positionierung des Physikalischen Internet
World Wide Web (WWW)
Digital Internet
Digitale Information Pakete
Physikalische Objekte durch WWW anschließen
Internet der Dinge
Vernetzte Intelligente Objekte
Offenes Logistiks-Web
Intelligentes
Stromnetz
Energie
Internet
Energie Pakete
Physikalisches Internet
Intelligente Physikalische Pakete
Original Schaltplan von Benoit Montreuil, 2010, Physical Internet Manifesto, www.physicalinternetinitiative.org
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Universal
Interkonnektivität
Hochleistungs-Logistikzentren,
Beförderer und Systeme,
so dass es eine nahtlos, einfach,
schnell und billig sein soll,
um physikalische Objekten
durch Mode und Route zu verbinden,
mit dem übergeordnete Ziel
in Richtung einer universellen
Interkonnektivität
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Verkapselung
beschäftigt sich nicht direkt
mit Physikalischen Gütern
Es erfordert ihre
standardisierte Verkapselung,
wie Datenpakete
im Digitalen Internet
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Physikalische
Verkapselung
Güter physikalisch
in π-containern einkapseln,
die modular,
umweltfreundlich, intelligent
und weltweit standardisiert sind
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Physikalische Verkapselung von Güter in π-Containern
Modular, umweltfreundlich, intelligent u. weltweit standardisiert
•
•
•
•
•
•
•
•
Die Ware innerhalb eines π-Containers ist als Inhalt des π-Containers modularisiert, und wird nicht
explizit vom Physikalischen Internet bearbeitet
Abgestuft vom Cargo Container bis hin zu winzigen Größen
Konzipiert, um auf einfache Weise durch verschiedenartige Transport-, Behandlungs-, und
Lagerungsmittel durchgeschleust zu werden
Umweltfreundliche Materialien mit minimalem sekundären ökologischen Fußabdruck
Intelligente Tags, möglicherweise mit Sensoren, um ihre korrekte Identifizierung, Routenführung und
Instandhaltung zu ermöglichen
verschiedene nutzungsangepasste strukturelle Größen
Falls notwendig, Konditionierungsfähigkeiten (z.B. Temperatur-Kontrolle)
Versiegelbar aus Sicherheitsgründen
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Abmessungen und Armaturen Weltweit standardisiert
Konzeption von Benoit Montreuil und Marie-Anne Côté
CIRRELT, Université Laval, Québec, Canada, 2012
Potentiell
Illustrative
modulare
Abmessungen
Y
X
Z
0,12 m
0,24 m
0,36 m
0,48 m
0,6 m
1,2 m
2,4 m
3,6 m
4,8 m
6m
12 m
Konzeption,
welche die dreidimensionale
der Modularität von π-containers
veranschaulicht
0,1 m
0,2 m
0,3 m
0,4 m
0,5 m
0,6 m
1,2 m
2,4 m
3,6 m
4,8 m
6m
12 m
E. Ballot, B. Montreuil
Die Darstellung der π-Containerkonzeption hat einen strenge konzeptionellen und funktionalen Zweck:
es hat keine präskriptiven Absicht von Konzeption und Engineering Design
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Konzeption von Benoit Montreuil und Marie-Anne Côté
CIRRELT, Université Laval, Québec, Canada, 2012
Einfach zu verbinden in zusammengesetzte Containern, dann zu zerlegen
Konzeption, welche die
Zusammensetzungsfunktionalität
von π-containers
veranschaulicht
Die Darstellung der π-Containerkonzeption hat einen strenge konzeptionellen und funktionalen Zweck:
es hat keine präskriptiven Absicht von Konzeption und Engineering Design
Québec, 2012-11-28, 29/77
Die räumliche Auswirkung der modularen Verkapselung
Konsumgüterindustrie
Unternehmen
494 Produkte
268 Regalpakete
258 Kistengrößen
Anwendung von nur
modularen Maßen(<15)
Auf dem Kisten-Ebene, es gibt
eine Nettozunahme von 10%
Hier keine Änderung
in Form der Produkte.
Die Zahl der Produkte bei Kisten darf von +
oder - 10% variieren.
Der Versuch beschränkt sich auf die Kisten
eher auf die π–Containern um sich auf die
Modularität zu konzentrieren
Auf dem Pallette-Ebene, es
gibt Nettoeinsparungen von
10%!
Meller, R. D., Lin, Y.-H., and Ellis, K. P., “The Impact of Standardized Metric Physical Internet Containers on the Shipping Volume of Manufacturers,”
in Proceedings of the 14th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing, Bucharest – Romania, (2012).
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Produktdesign unter Berücksichtigung
optimaler Container-Raumnutzung
Produkte sind so konzipiert, um die Last die sie
auf dem Physikalischen Internet erzeugen zu minimieren,
mittels Anpassung der Dimensionen an Standardcontainer Dimensionen,
und mit maximaler volumetrischer und funktionaler Dichte
für ihre Verpackung in Containern
•
Die maximale volumetrische Dichte haben solange sie sich
im Physikalischen Internet Containern befinden, bei
Gebrauch extrahierbar entsprechend ihren
Anwendungsdimensionen
•
Die Funktionsdichte kann als das Verhältnis der genutzten
Funktionalität zum Produkt aus Gewichts und Volumens
ausgedrückt werden
•
nur Key-Komponenten und Module intensiv durch das
Physikalisches Internet geschickt werden müssen
– in der Gebrauchsnähe zusammen mit am Ort
verfügbaren Objekten einfach zu komplettieren sind
Source: guim.fr
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Digitale Verkapselung
Die Fähigkeiten
der intelligenten π-Containern
verbunden an das Digitalen Internet
und dem World Wide Web
und ihrer gekapselten
intelligenten Objekte,
so gut wie möglich auswerten,
um die Performance
wie sie die Kunden wahrnehmen,
sowie die Gesamtleistung des
Physikalischen Internet zu verbessern
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Das Physikalische Internet und
das "Internet der Dinge"
 Das Internet der materiellen Dinge erlaubt die
allgegenwärtige Verbindung physikalischer
Objekte, die mit einer intelligenten VerbindungsTechnologie (RFID, GPS, Internet, usw.) ausgerüstet
sind, die die Objekte kontinuierlich verbessert und
die Selbstkontrolle der Objekte durch Netzwerke
ermöglicht
 Das Physikalische Internet soll so gut wie möglich
die Fähigkeiten der in intelligenten Containern
gekapselten Intelligenten Objekte nutzen, um die
vom Kunden und Nutzer wahrgenommene
Performance sowie die Gesamtleistung des
Physikalischen Internet verbessern
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Schnittstellen optimiert für
Universelle Interkonnektivität
Physikalische & Digitale
Schnittstellen
die die Eigenschaften
von π-Containern nutzen
und die weltweit standardisiert sind
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Übergang von Lagerungs- und Behandlungssystemen von Material
zu Lagerungs- und Behandlungssystemen von π-Containern
π-Spediteure
Ein Flurförderzeug ohne
Gabeln, die das Einrasten
und die Verriegelung
Funktionalitäten der
π-container ausnutzt
Lagerungs- und Verarbeitungssysteme von π-Containern
Ein π-container
der mit Rädern
mit innovativen Technologien und Prozessen,
ausgerüstet ist, ist
durch seine
die die Eigenschaften der π-Container nutzen,
modularen
Standardschnittstellen um auf schnelle, preiswerte, sicher und zuverlässige Weise
geschnappt
ihre Beladung, Lagerung, Komposition, Dekomposition,
Monitoring, Schutz und Entladung
durch intelligente, nachhaltige und nahtlose
π-Förderern
Ein in hohem Grade flexibles „plug-and-play“
π-Förderer, der die modularen StandardAbmessungen und die Schnittstellen
von π-Containern ausnutzt
Automation und humanes Handling zu ermöglichen
In π-Lagern,
konventionelle Regalen
können verwendet werden,
jedoch Innovationen in den
Lagertechnologien welche
die Funktionseigenschaften
von modularen π-containern
ausnutzen, können
ausgenutzt werden
π-Lagern
In π-Lagern,
Modular π-Containern
können wie
Containerhafen Terminal
gestapelt werden
Referenz: Montreuil, B., R.D. Meller, E. Ballot (2010) Towards a physical internet: the impact on logistics facilities and material handling systems design and innovation, in Progress in Material Handling Research, Edited by K.
Gue et al., Material Handling Industry of America, 23 p., 2010.
Québec, 2012-11-28, 35/77
Logistikzentren für das Physikalische Internet entwickelt
Transit Center
erleichtert
die Lkw-Lkw
Anhängerumladung
entlang
Relaisnetzwerke
durch das
Physikalische Internet
Referenz: Meller, R.D., B. Montreuil, C. Thivierge & Z. Montreuil (2012), Functional Design of Physical Internet Facilities: A Road-Based Transit Center, in Progress in Material Handling Research: 2012, MHIA,
Charlotte, NC, to appear (2012).
Québec, 2012-11-28, 36/77
Multimodale Logistikzentren sind für das
Physikalische Internet entwickelt,
um nahtlos, schnelle, preiswerte, sicher
zuverlässige, verteilte und multimodale
Transport und Einsetzung
von π-containers
durch das Physikalisches Internet
ermöglichen zu können
Physikalisches Internet Straße-Schiene Hub
Ozean, See oder Fluss
Fahrbahn
References
•
Montreuil, B., R.D. Meller, E. Ballot (2010)
Towards a physical internet: the impact on logistics facilities and material handling
systems design and innovation,
in Progress in Material Handling Research 2010, Edited by K. Gue et al., Material
Handling Industry of America, 23 p.
•
Ballot É., B. Montreuil & C. Thivierge (2012)
Functional Design of Physical Internet Facilities: A Road-Rail Hub,
in Progress in Material Handling Research 2012, Edited by B. Montreuil et al.,
Material Handling Industry of America, 34 p.
Québec, 2012-11-28, 37/77
Logistikzentren für das Physikalisches Internet entwickelt
Nahtlose, schnelle, preiswerte, sicher, zuverlässige, verteilte und multimodale Transport und
Einsetzung von π-containers durch das Physikalisches Internet ermöglichen
Straßen-Hub von π-Containern LKW-LKW crossdocking
entlang eines Relaisnetzwerkes durch das Physikalisches Internet
Montreuil, B., R.D. Meller, C. Thivierge, C., and Z. Montreuil (2012), Functional Design of Physical Internet Facilities: A Unimodal Road-Based Crossdocking Hub,, in Progress in Material Handling Research: 2012, MHIA.
Québec, 2012-11-28, 38/77
Physikalische Internet
Protokolle
Protokolle optimieren für
die Universelle Interkonnektivität,
welche die mehrschichtigen
Dienstleistungen
des Physikalischen Internets reguliert
Québec, 2012-11-28, 39/77
Logistikdienstleistungen Standardprotokolle
Standardisierte
Multischichtige
Service-Architektur
und -protokolle
Öffnen Logistik- Verbindungsmodell
Montreuil B., E. Ballot & F. Fontane (2012). An Open Logistics Interconnection Model for the Physical Internet, Proceedings of INCOM 2012 Symposium, Bucharest, Romania, 2012/05/23-25.
Québec, 2012-11-28, 40/77
Einsatz und Leistungsfähigkeit der Zertifizierungen
Mehrstufige Zertifizierungen im Physikalischen Internet
für Container, Bearbeitungssysteme, Fahrzeuge,
Informationssysteme
Häfen, Distributionszentren,
Straßen, Städte und Gebiete,
Protokolle und Prozesse,
usw.
Québec, 2012-11-28, 41/77
Offenes Performance Monitoring einführen
aktuelles, offenes Monitoring der tatsächlich erreichten
Leistungsfähigkeit aller zertifizierten π-Akteure und Entitäten
bezüglich der wichtigsten Erfolgskennziffern, der kritischen
Parametern wie Geschwindigkeit, Dienstlevel, Zuverlässigkeit,
Schutz und Sicherheit
Ein derartiges Monitoring der Leistungsfähigkeit ist weltweit öffentlich
verfügbar, um tatsachenbezogene Entscheidungen treffen zu können
und um kontinuierliche Verbesserung zu stimulieren
Offene Information soll gewährleistet werden unter Beachtung von
Vertraulichkeit der spezifischen Transaktionen
Québec, 2012-11-28, 42/77
Ein Globales System
ist überall
an jeder möglicher Skala,
nahtlos anwendbar
Québec, 2012-11-28, 43/77
Das Physikalische Internet:
der gleiche Begriffsrahmen an irgendeiner Skala
Intra-Zentrum Inter-Prozessoren Netzwerk
Intra-Stadt Inter-Standorten
Netzwerk
Intra-Anlage Inter-Zentren Netzwerk
Intra-Kontinental
Inter-Städten, Intra-Staat/ Provinz Netzwerk
Intra-Standort Inter-Anlage Netzwerk
Inter-Kontinental Weltweit Netzwerk
Québec, 2012-11-28, 44/77
Vernetzte Zuverlässigkeit und Netzstabilität priorisieren
Das Gesamtnetz der Netze des globalen Physikalischen
Internets sollte seine eigene Reliabilität und diejenige
seiner Container und seinen Speditionen rechtfertigen.
Die Verflechtung der Netzwerke und die Multiplikation der
Knoten sollten die Robustheit und Resilienz des Physikalischen
Internet gegenüber unvorhersehbaren Ereignissen sicherstellen
Wenn Z.B., ein Knoten oder ein Netzwerksegment ausfällt, sollte
der Containerverkehr so leicht und automatisch wie möglich
umgeleitet werden können
Reference: Peck H., “Supply chain vulnerability, risk and resilience”, Chap. 14 in Global Logistics New Directions in Supply Chain Management, 2007
Québec, 2012-11-28, 45/77
Vernetzte Zuverlässigkeit und Netzstabilität priorisieren
Akteure, Beförderern, Routen, Knoten und fließende
Containern des Physikalischen Internet sollen aufeinander in
Synergie wirken, um zu garantieren:
– die Integrität der in π-Containern Physikalischen eingekapselte
Objekte
– die physikalische und informationelle Integrität von π-Container,
π-Beförderern, π-Wege und π-Nodes
– die informationelle Integrität der π -Akteure (Menschen,
Software Agenten)
– die Robustheit der Klient-fokussiert Performance für das Liefern
und Speichern von π-Containern
Referenz: Peck H., “Supply chain vulnerability, risk and resilience”, Chap. 14 in Global Logistics New Directions in Supply Chain Management, 2007
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Ermöglichung eines Logistik Web
Der Zweck des Physikalisches Internet
von einer Benutzerperspektive
Québec, 2012-11-28, 47/77
Von einer Benutzerperspektive, das Physikalische Internet zielt darauf ab,
einen effizienten, nachhaltigen, flexiblen und schnellen Logistik Web zu ermöglichen
Logistiks-Web
Satz von öffentlich verbundene
physikalische, digitale, menschliche,
organisatorische und Sozial
Akteuren und Netzwerke,
die darauf abzielen,
der weltweite Logistikbedarf
von Leuten, Organisationen,
Gebieten und Gesellschaft
effizient und nachhaltig zu dienen
Montreuil B., R.D. Meller & E. Ballot (2012). Physical Internet Foundations, In: Service Orientation in Holonic and Multi Agent Manufacturing and Robotics, edited by T. Borangiu et al., Springer.
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Ein offenes und globales Mobilität Web aktivieren
Umstellung vom Punkt-zu-Punkt Transport zum verteilten multimodalen Transport
Québec
20
Montréal
81Alexandria Bay, US border
Syracuse
90
90 Buffalo
71 Cleveland
Columbus
70
Indianapolis
70
44 St-Louis
Springfield
20-401
44
44
Tulsa
Oklahoma City
40 Amarillo
Zurückzulegende Distanz (Km):
Albuquerque
Fahrer:
40
Lastkraftwagen:
Flagstaff
40
Anhänger:
40 Needles
Einwegfahrzeit (Std):
Barstow
15-10
Rückkehr Fahrzeit (Std):
Los Angels
Totalzeit an Transitpunkten(Std):
Einwegzeit des Anhängers von Quebec nach LA (Std)
Rückkehrzeit des Anhängers von Quebec nach LA (Std)
Totalreisezeit des Anhängers (Std):
Durchschnitt Fahrzeit pro Fahrer (Std):
Durchschnitt Zeitreise pro Fahrer (Std):
40
Mehrstufige Reise
von Quebec nach Los Angeles
Aktuell Vorgeschlagen
Verteilte
P2P
5030
1
1
1
48
48+
0
120
120+
240+
96+
240+
5030
17
17
1
51+
51+
9
60+
60+
120+
6
6,5
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Ein offenes und globales Mobilität Web aktivieren
Umstellung vom Punkt-zu-Punkt Transport zum verteilten multimodalen Transport
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Aktuelle Logistiksysteme veranschaulichen
Ein kleiner Fall von Zweieinzelhändler Zweihersteller
Aktuelle konzeptuelle Netzwerke
Aktuelle räumliche Ströme
Adaptiert von: Hakimi D., B. Montreuil & E. Ballot (2012), Simulating a Physical Internet Enabled Logistics Web: the Case of Mass Distribution in France, ISERC 2012, 2012/-5/19-23
Québec, 2012-11-28, 52/77
Die Auswirkung der Ausnutzung eines Mobilitäts-Web
Hier begrenzt auf unimodalen Straßentransport
Mobilitäts-Web
Aktuell
P# : Fabrik;
:Einzelhandelsgeschäft; S# : Private Distributionszentrum
: Produkt Fluss
: Landverkehrsweg
P# : Fabrik;
: Einzelhandelsgeschäft;
: Offenes Hub
D# : Distributionszentrum
Zurückgelegte Entfernung: -27%
Kraftstoffverbrauch: -19%
Durchschnittliche Liefertermin: +2%
Maximale Liefertermin: -36%
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Ausnutzung eines Physikalischen Internets ermöglichten Bimodal Mobilitäts-Web
für die Konsumgüter-Industrie in Frankreich
Straße und -Schienenverkehr, die nahtlos an das PI Backbone-Netzwerk integriert sind
Simulation basiert auf Produktverteilung Fluss zu zwei Spitzeneinzelhändlern in Frankreich,
aus ihren 100 Spitzenlieferanten
Aktueller Strom
Physikalisches Internet Ströme
Physikalisches Internet Trafik
Präliminiere Ergebnisse unter Verwendung der vorhandenen Infrastrukturen,
der Anlagen, der Nachfragemuster und der Kundendienstleistungen
Ökonomical: Von 4% bis 26% Gesamtkosteneinsparung
Ökological: Ungefähr 3mal besser im Hinblick auf Treibhausgasemissionen,
durch die Kombination Straße-zu-Schiene modaler Übertragung und des Leistungsfähigeren Straßentransportes
Ballot É., B. Montreuil, R. Glardon (2012), Simulation de l’Internet Physique: controbution à la mesure des enjeux et à sa définition, PREDIT Research Report, France, June 2012, 96 p.
Québec, 2012-11-28, 54/77
Ein offenes und globales
Distribution Web
aktivieren und nutzen
Die meisten Unternehmen konzipieren,
ausführen und optimieren
selbständig
ihre privaten Distributionsnetzwerk.
Sie investieren in Distributionszentren (DZ)
oder sie binden sich an langfristige Mietverträge
oder Verträge
Nur in den Vereinigten Staaten,
es gibt 535 000
Distributionszentren
Die Meisten von ihnen sind
von einer einzigen Firma verwendet
Die meisten Firmen verwenden weniger als 20 DZ
Stellen Sie sich das Potenzial vor, wenn jeder Firma seine
Produkte durch ein offenes Web einsetzen könnte,
einschließlich in die 535 000 offenen DZ in den USA
Referenz: Montreuil and Sohrabi, From Private Supply Networks to Open Supply Webs, IERC 2010
Québec, 2012-11-28, 55/77
Vorrat quer über dem Distributions-Web
für effiziente, schnelle u. agile Kunden-Antwort dynamisch
einzusetzen
Aktuell private System
Fabrikant B
Fabrikant A
PA1
PB
PA2
DB
DA
D1
… S1e
S1a
Einzelhändler 1
Vorgeschlagene offenes System
D2a
Einzelhändler 2
S2a
… S2e
S2f
…
D2b
S2j
Kundenauftrag
Physische Fluss
P# : Fabrik
: Einzelhandelsgeschäft
S# : Private Distributionszentrum
O# : Offene Distributionszentrum
Adaptiert von Hakimi D., B. Montreuil & E. Ballot (2012), Simulating a Physical Internet Enabled Logistics Web: the Case of Mass Distribution in France, ISERC 2012, 2012/-5/19-23
Québec, 2012-11-28, 56/77
Die Wertschöpfung eines Distributions-Web Ausnutzung,
wenn bereits ein Mobilitäts-Web ausgenutzt ist
Mobilitäts-Web
P# : Fabrik;
Mobilitäts-Web + Distributions-Web
D# : Distributionszentrum
: Offenes Hub
P# : Fabrik;
: Offenes Hub
: Offenes Distributionszentrum
Zurückgelegte Entfernung: -23%
Kraftstoffverbrauch: -29%
Durchschnittliche Liefertermin zu lagern: -79%
Maximale Liefertermin zu lagern: -71%
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Die Auswirkung der Nutzung eines Logistiks-Webs,
welche Mobilitäts-und Distributions-Webs integriert
Private Logistiksnetwerke
-42%; -44%
-19%; -27%
Mobilitäts-Web
Treibstoff ; Fahrt
-29%; -23%
Mobilitäts-Web + Distributions-Web
+16%; +15%
[Mittelwert; Max]
Liefertermin zu lagern
-82%; -74%
-79%; -71%
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Offene Globales Realisations-Web
Physikalische Bewegungen und Lagerung minimieren
durch digitale Übertragung des „Know-Hows“
und möglichst lokale Materialisierung der Produkte
durch das offenes Realisierungs-Web
Das Physikalische Internet soll die wissensbasierte
Dematerialisierung physikalischer Produkte und ihre
Rematerialisierung als physikalische Objekte am Gebrauchsort
umfassend ausnützen
Mit zunehmender Reife
des Physikalisches Internet soll es immer
mehr offene, verteilte und flexible Produktionszentren umfassen
die für die Kunden eine Vielzahl von Produkten
realisieren (erstellen, assemblieren, endfertigen) können
aus digital übertragenen Spezifikationen,
aus lokalen physikalischen Objekte und ggf.
aus kritischen physikalischen Objekten von entfernten Quellen
Québec, 2012-11-28, 59/77
Dynamische Externalisierung der Produktrealisierung in Richtung
Zertifizierten Offenen Zentren innerhalb des Realisierungs-Webs
um eine effiziente und agile
Durchführung nahe der Gebrauchspunkt zu ermöglichen
Aktuelle Realisierungsnetzwerk,
das um ein integriertes
Herstellungs- u. Montagewerk
zentriert ist
Alternative Realisierungsnetzwerk,
das ein Realisierungs-Web
für das Outsourcing der Montage
ausnutzt
OA
OA
OA
OA
OA
OA
M
OA
M+A
M
OA
OM
OA
OA
OA
OA
OA Offener Assembler aktuell nicht ausgenutzt
OA
OA
OM
OA
Fabrikant + Assembler Integration OA Offener Assembler aktuell ausgenutzt
Fabrikant
OM
OM
Aktuell
Schnappschuss
Kunde
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OA
OM
OA
M+A
Alternatives Realisierungsnetzwerk,
das ein Realisierungs-Web
für das Outsourcing der Herstellung
u. Montage ausnutzt
OA
OM
OA
OA
OM
Aktuell
Schnappschuss
OM Offen Fabrikant aktuell ausgenutzt
OM Offen Fabrikant aktuell nicht ausgenutzt
Québec, 2012-11-28, 60/77
Québec, 2012-11-28, 61/77
Eines Supply Webs ausnutzen
Stufe-2
So kann beispielsweise jeder Lieferant
mit jedem Kunden einen garantierten
X-Zeitzugänglichkeitsvertrag unterzeichnen
und er hat die Verantwortung
für Produktlieferung, -einsetzung
und -realisierung zu halten
Stufe-1
Supply
Web
Tier-0
Realisations-Web
Distributions-Web
Jeder Kunde hat Zugang zu einem globalen Pool
von π-zugelassene Lieferanten und umgekehrt Mobilitäts-Web
Kunde hat minimalen Vorrat
Der Lieferant nutzt seiner Kunden
für eine gemeinsame Einsetzung
Québec, 2012-11-28, 62/77
Ein Supply Web mit Myriaden von π-zertifizierten Lieferanten,
offene & Globale Zugang, standardisierte Verträge,
offene Monitoring und Lieferantenbewertungen
Multi-abgestuft,
von Rohstoffen
zu Endprodukten
Jede nutzt
die Mobilitäts-,
Distributions- & Realisation Webs aus
Québec, 2012-11-28, 63/77
Von Einzelhandlern/Vermietungen
Netzwerken,
die die isolierten Kunden versorgen
Zu den verbundenen Benutzern,
die ein offenes Service-Netzwerk
ausnutzen.
Die Benutzer kaufen Produkte in
geringerem Prozentsatz.
Wenn es notwendig ist,
sie erwerben vielmehr den Zugang
zu der Produktfunktionalität beim
Produkt Eigentümer oder Betreiber
von Verleih-Zentren
Von den anderen Logistiks-Web
Bestandteile unterstutz
Québec, 2012-11-28, 64/77
Innovation
wird durch
das Physikalische Internet
beeinflusst
Innovation
π-aktivieren
Innovation
π-aktiviert
Québec, 2012-11-28, 65/77
Technologische
Innovation
Technologies
wird durch das
π-aktivieren
Physikalisches Internet
beeinflusst
Technologies
π-aktiviert
Flex Conveyer von KIT/Gebhardt (Kai Furmans)
GridFlow von Auburn Universität (Kevin Gue)
Montreuil, B., Meller, R.D., et al., “Designing Facilities for the Physical Internet,” Material
Handling Industry of America, Charlotte, NC, 2010-2012.
Québec, 2012-11-28, 66/77
Geschäftsmodellinnovation ist durch
das Physikalisches Internet beeinflusst
Innovative Geschäftsmodelle,
für die Kommerzialisierung
der Angebote π-aktiviert bei verschiedenen Parteien,
unter Berücksichtigung der Einkommen,
der Verträge, der Verantwortung und Versicherungen
der Beteiligten
Geschäftsmodelle
π-aktivieren
Geschäftsmodelle
π-aktiviert
Wie werden die potenten π-aktiviert Äquivalente von
Amazon, eBay und Google heißen?
Wie werden sich die Hersteller, Großhändler, Einzelhändler,
Transporteure und Logistik-Versorger so weiterentwickeln,
um das Physikalische Internet optimal einzusetzen?
Québec, 2012-11-28, 67/77
Infrastrukturinnovation ist durch
das Physikalische Internet beeinflusst
Die Homogenität des Physikalischen Internet
bezüglich der π-Container mit ihren gekapselten
Objekten sollte eine bessere Nutzung
der Modes Mitteln ermöglichen
und infolgedessen die Kapazitäten der Infrastrukturen
durch zur Zeit unerreichbare Innovationen vergrößern
indem Standardisierungen, Rationalisierungen und
Automatisierungen intensiv genutzt werden
Infrastrukturen
π-aktivieren
Infrastrukturen
π-aktiviert
FoodTubes und CargoCap: Beispiele von z.Z. erwogenen Infrastrukturinitiativen, deren
Durchführungsentwicklungsfähigkeit durch Annäherung an das Physikalische Internet verbessert werden kann
http://www.ilookforwardto.com/2010/12/foodtubes-really-fast-food-delivered-in-a-physical-Internet-of-underground-pipes.html http://www.cargocap.com/content/what-is-cargocap
Québec, 2012-11-28, 68/77
Realisierung der Vision
Übergang zu einem weltweiten Physikalischen Internet
Québec, 2012-11-28, 69/77
Physikalisches Internet:
Globale, systemische und nachhaltige Vision
einer stimulierenden und prägenden Aktion weltweit
Individuelle Initiativen durch Unternehmen,
Industrien und Regierungen
sind notwendig aber nicht ausreichend
Es besteht die Notwendigkeit
einer makroskopischen, holistischen, systemischen Vision,
die einen einheitlichen, inspirierenden und stimulierenden Rahmen anbietet
Es gibt einen Bedarf für eine kombinierte Menge
globaler und lokaler Initiativen
auf diese Vision hin.
Diese kann aufbauen auf derzeitigen Aktivposten und Projekten,
um vom aktuell global Ineffizient und nicht nachhaltigen
zum gewünschten global Effizient und nachhaltigen
Zustand zu kommen.
Québec, 2012-11-28, 70/77
Physikalisches Internet Implementierung
Progressive Installation, Zusammenarbeit und Zertifizierung
Die weitreichende Entwicklung und der Einsatz
des Physikalischen Internet
werden nicht über Nacht in einer Bick-Bang-Logik
sondern eher in einer kontinuierlichen Logik
der Kohabitation und der progressiven Entwicklung erreicht,
angetrieben von Akteuren,
die stufenweise die Physikalischen Internetnormen integrieren
und immer wertvolleren Gebrauch und Nutzung davon machen
Québec, 2012-11-28, 71/77
Physikalisches Internet Implementierung
Progressive Installation, Zusammenarbeit und Zertifizierung
 eine sanfte Übergangsphase wird mit Umdenken und Anpassungen
beginnen und dann eher transformative Phasen realisieren
 Das Physikalische Internet könnte sich deshalb allmählich
konstituieren durch mehrstufige Zertifizierung der:
– Protokolle
– Container
– der Bearbeitungs- und Lagerungs-Technologien, Distributionszentren,
Produktionszentren, Bahnstationen, der Häfen, und multimodalen
Hubs
– der Informationssysteme (z.B. für Reservierung, intelligente
Etiketten, Portale)
– der städtischen Zonen und Regionen, der Ländergrenzen
Québec, 2012-11-28, 72/77
Zusammenfassung
1/3
Das Physikalische Internet: Ein Instrument um
die großartige Herausforderung der globalen
Logistik-Effizienz und -nachhaltigkeit zu bewältigen
Die Internet-Metapher ausnutzen,
um ein Durchbruchlogistiksystems zu fördern
Eine Verpflichtung zu offenen Universellen Verbindung
von Logistikdienstleistungen und Ressourcen
Eine integrierte, holistische Anstrengung (Angriff),
um eine effizientere und nachhaltige Art und Weise,
wie wir die physikalischen Objekte weltweit
bewegen, lagern, realisieren, ausliefern und verwenden
A hochskalierbaren Coopetition Ansatz
Québec, 2012-11-28, 73/77
Zusammenfassung
2/3
Das Physikalische Internet : keine Utopia, kein Big-Bang
Das Physikalische Internet baut auf den Netzwerke-Effekt an.
Es bekommt immer mehr effektive,
wie es mehreren Benutzern versammelt
Es muss eine kritische Masse versammeln,
erst vorhandener Infrastrukturen und Mitteln nutzen,
dann allmählich die Innovation fördern
Wenngleich, es sei letzlich global,
muss es zuerst in den fruchtbaren Gebieten wachsen,
um durch Schlüsselführer von der Industrie,
Regierung und Academia kooperativ gestützt zu werden.
Québec, 2012-11-28, 74/77
Zusammenfassung
3/3
Die Internationale Initiative des Physikalischen Internet :
Eine offene Innovation
Mit diesem Manifest und dem Forschungsvorhaben,
wurde einen ersten Schritt in Richtung Erfüllung
der großartigen Herausforderung der globalen Logistik-Effizienz
und -nachhaltigkeit verwirklicht worden
Weit mehr sind erforderlich, um diese Vision auszugestalten
- und noch wichtiger um ihr mit realen Initiativen und Projekten Substanz zu verleihen.
Damit entwickeln wir in positiver Art und Weise
unsere gemeinsame Zukunft
Das erfordert einen hohen Grad von Zusammenarbeit
zwischen Hochschulen, Industrie und Regierungen
über Kontinente, Länder und lokale Institutionen hinweg.
Ihre Hilfe ist willkommen
Québec, 2012-11-28, 75/77
Fragen und Kommentare sind willkommen
und vor allem Pisten für Kooperationsprojekten
Benoit.Montreuil@cirrelt.ulaval.ca
Mustapha.Lounes@cirrelt.ulaval.ca
www.physicalinternetinitiative.org
Twitter: @physicinternet
Québec, 2012-11-28, 76/77
Danksagung
Wir danken Herrn Eckhard Dietz
für die Überarbeitung der deutschen Texte
dieser Präsentation.
Québec, 2012-11-28, 77/77

Das Physikalische Internet - Physical Internet Initiative

Transcription

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