POR MILOS MILENKOVIC
Pesquisador de pós-doutorado no Programa de Logística Internacional do MIT-Zaragoza
Imagine um sistema global de transporte de mercadoria que funcionasse como a internet: a mercadoria seria transportada em pacotes ou contêineres padronizados e a rede, que não precisaria conhecer seu conteúdo, decidiria de forma autônoma a melhor rota – agências de transportes, veículos, conexões e meios de transporte ─, que poderia mudar dependendo das circunstâncias. Mudar sua agência de transporte, veículo e meio de transporte só incorreria em penalidades triviais de custo e tempo. Nem o remetente, nem o destinatário precisa saber ou compreender os detalhes de como o contêiner é transportado. Toda a rede funcionaria com protocolos reconhecidos internacionalmente e estaria aberta a qualquer usuário. Essa transformação em direção a um transporte mais eficiente percorreria um longo caminho para alcançar uma logística global mais sustentável.
O conceito proposto é conhecido como internet física (PI, por sua sigla em inglês ou, inevitavelmente, π). Promulgado pela primeira vez há uma década por Benoît Montreuil do Centro Interuniversitário para Pesquisa em Redes de Negócios, Logística e Transporte de Montreal (CIRRELT), o sistema de transporte global π pode parecer um mero modelo teórico. No entanto, todos os elementos tecnológicos necessários para criá-lo já existem e muitos deles, já foram colocados à prova. Algumas das barreiras que a Internet física enfrenta não são técnicas: são econômicas, sociais e políticas.
Todos os elementos tecnológicos necessários para aplicar a internet física já existem e foram testados
Por que uma Internet física deve ser criada?
Apesar de séculos de melhoria contínua, as ineficiências nos sistemas de transporte e logística das empresas continuam tendo um impacto econômico, ambiental e social negativo. Os custos derivados do transporte de mercadorias continuam subindo e podem até superar os benefícios obtidos em outros processos da cadeia de abastecimentos. O impacto social dessas ineficiências também possui outras consequências, como o aumento de acidentes, poluição, mal gerenciamento do tempo ou piora das condições de trabalho dos motoristas.
Do ponto de vista ambiental, o transporte de mercadoria é um dos maiores emissores de gases, com efeito estufa (28% na União Europeia). Embora as emissões gerais da UE estejam diminuindo, as dos transportes aumentaram 0,9% em 2018 e mais 0,8% em 2019.
A criação de uma Internet física ajudaria a enfrentar os seguintes desafios:
- A capacidade de transporte disponível está subutilizada. Vagões de carga, caminhões e contêineres costumam estar meio vazio, em grande parte devido ao uso de embalagens ineficientes e superdimensionadas.
- Os fluxos de retorno são ineficientes, pois, as transportadoras não aproveitam as viagens de retorno. Como consequência, um quarto das viagens rodoviárias são feitas sem carga.
- As instalações logísticas costumam ser utilizadas de maneira ineficiente na maior parte do ano devido à sazonalidade dos produtos e do mercado.
- O transporte rodoviário é o sistema de transporte predominante, apesar de seu alto impacto ambiental. Em 2019, o transporte rodoviário foi responsável por 76,3% dos movimentos internos e, embora os motoristas sejam escassos, espera-se um crescimento anual de 3% no período 2021-2025.
- As ineficiências operacionais trabalham contra outras alternativas mais desejáveis. Os diferentes modos de transporte atuais estão mal sincronizados entre si e o transbordo de mercadoria entre os diferentes modos de transporte é, hoje, ainda ineficiente em tempo e custo. No entanto, os trens são quatro vezes mais eficientes do que os caminhões, e o frete ferroviário reduz as emissões de gases de efeito estufa em 75%.
- A logística nas entregas de última milha pode ser melhorada, principalmente em áreas urbanas: cerca de 40% dos custos de transporte de cada produto são gerados neste último trecho. A logística urbana também é responsável por 70% do congestionamento do tráfego nas grandes cidades. Além disso, a expansão do comércio eletrônico implica cada vez mais entregas, cada vez menores e em cada vez mais destinos.
A atual demanda por transporte de mercadoria deve triplicar até 2050, um crescimento claramente insustentável ao nível social, econômico e ambiental. É fundamental buscar soluções inovadoras em logística e transporte de cargas que desvinculem o crescimento econômico da retomada do tráfego de cargas. A internet física, π, é uma possível solução.
A internet física promete desvincular o crescimento econômico do aumento do tráfego de mercadoria, que deve triplicar até 2050
Internet das coisas
A definição formal da Internet física é “um sistema logístico aberto, global e multimodal baseado na interconectividade física e digital, habilitado através do encapsulamento de dados, protocolos e interfaces padrão”.
Para entender melhor o conceito de internet física, podemos explorar suas semelhanças com a internet comum, que conecta bilhões de dispositivos ao redor do mundo e permite que eles se comuniquem entre si. Qualquer pessoa com acesso a um computador ou smartphone, usuários particulares, empresas e governos, pode se conectar à Internet. Da mesma forma, a Internet física pode ser conectada e utilizada por qualquer remetente e destinatário (em ambas as redes, é necessário conceber uma forma de excluir os cibercriminosos).
Na Internet comum, as informações são divididas em pacotes de dados e transmitidas através de uma rede de links de comunicação. Os dados em cada pacote são encapsulados sem serem inspecionados ou processados pela Internet. Da mesma forma, na internet física, o fluxo de mercadoria é selado em uma série de contêineres padrão e o π não precisaria inspecionar seu conteúdo (poderia ser uma função de alfândega, mas não seria uma preocupação para a própria rede).
O cabeçalho digital da embalagem contém todas as informações necessárias para facilitar sua identificação e evitar erros na transferência ao seu destino. Os pacotes de dados são roteados por roteadores, transportados por cabos ópticos, por exemplo, e comutados entre diferentes mídias por meio de modems. Na internet física, cada π-contêiner é etiquetado com RFID e GPS para que possa ser identificado, roteado e rastreado conforme passa pela rede.
Na internet física, a mercadoria em embalagens padronizadas - conhecidas como π-contêineres - são transportadas por prestadores de serviços logísticos através de uma rede física de corretores
Na internet comum, os provedores fornecem um serviço de internet aos usuários através de protocolos que padronizam e organizam as operações. Por sua vez, os usuários desfrutam de uma conexão perfeita: podem utilizar a internet sem saber como seus dados estão conectados. Da mesma forma, na Internet física, a mercadoria seria embalada em pacotes padrões - conhecidos como π-contêineres, equivalentes a pacotes de dados - que os prestadores de serviços de logística transportariam por uma rede de corretores físicos. Da mesma forma que os dados da internet se movem por cabos de cobre, fibra e microondas, a π utilizaria estradas, ferrovias e aviões.
Na internet física:
- Os centros de distribuição gerenciariam os fluxos de π-contêineres dentro e fora da rede (uma ação como enviar e receber uma mensagem em um dispositivo móvel).
- Os meios de transporte π transportariam os fluxos de π-contêiner em diferentes modos.
- Os terminais intermodais, π-conexões, permitiriam que a carga alternasse entre diferentes veículos ou modos de transporte. Padrões e protocolos universais garantiriam que cargas de diferentes origens em todo o mundo, possam ser entregues em qualquer lugar do mundo.
Assim como na rede digital, os usuários π confiariam na internet física e seus serviços para enviar os produtos a qualquer destino sem precisar conhecer a rota que a mercadoria seguirá. Um exemplo da Internet física é mostrado na Figura 1.
Figura 1. Ilustração esquemática sobre a internet física (Dong and Franklin, 2018).
Padrões e conectividade
A logística já possui regras que padronizam questões como, por exemplo, as dimensões que os contêineres e paletes devem ter para facilitar sua distribuição ou mensagens EDI (intercâmbio eletrônico de dados). No entanto, sua adoção está longe de ser universal. A internet física generaliza e expande significativamente o conceito de "padronização", bem como o de "conectividade".
A conectividade universal é uma das características mais importantes da internet física, necessária por três aspectos:
- Interconectividade física. Garante que os envios possam se mover sem problemas pela rede. Para que isso aconteça, são necessários padrões para contêineres, transportadoras e sistemas de manuseio.
- Interconectividade digital. Permite que os objetos e atores envolvidos na cadeia de abastecimento troquem informações significativas por meio da Internet física. Este aspecto da Internet das Coisas (IoT) está bem desenvolvido.
- Interconectividade operacional. Garante que os processos de negócios e operacionais estejam perfeitamente interconectados. Assim, os usuários podem empregar a internet física com facilidade e os atores envolvidos podem colaborar entre si para prestar um melhor serviço. Essa interconectividade pode resultar difícil de alcançar.
Interconexão física para um fluxo contínuo de mercadoria
Contêineres
A internet física não gerencia cargas a granel, paletes ou mercadoria sem contêineres. Ela apenas coordenaria mercadoria em π-contêineres. Os π-contêineres teriam tamanhos ou módulos padrão, seriam ambientalmente sustentáveis (construídos com materiais ecológicos), inteligentes (RFID e GPS rastreáveis e capazes de interagir com a rede), seguros, interconectáveis para criar unidades maiores e, na maioria, caixas capazes de ser compactadas para otimizar o armazenamento e melhorar a eficiência de devolução (Figura 2).
Figura 2. Características dos π-contêineres.
Os π-contêineres teriam em uma variedade de tamanhos e formas e poderiam ser montados e desmontados (como se fossem blocos de construção no jogo Tetris). Os contêineres de transporte seriam o equivalente a caixas ISO, os contêineres de manuseio seriam as unidades básicas de manuseio de artigos, equivalentes a carrinhos e paletes, e os contêineres de embalagem seriam os contêineres básicos no nível do artigo ou SKU.
A internet física não gerenciaria cargas a granel, paletes ou mercadoria sem contêineres. Somente coordenaria mercadoria em π-contêineres
Movimento
Na internet física, os π-contêineres seriam transportados pelos chamados π-movers, que incluiriam:
- π-veículos de transporte. Caminhões e vagões projetados para trabalhar com π-transportadores para realizar o carregamento, descarregamento e transporte de mercadoria.
- π-transportadores. Seriam análogos aos atuais sistemas de classificação automática. Atualmente, já foram realizados ensaios com várias abordagens, sem o uso de fitas ou rolos, que têm dado bons resultados (Figura 3).
- π-manipuladores. Pessoas treinadas para trabalhar com π-contêineres.
Figura 3. π-manipuladores (Montreuil, 2010).
Conexões
Como em uma rede logística convencional, existem conexões onde os envios podem ser transferidos entre transportadoras ou modos. Em sistemas tradicionais, estas conexões geralmente incorporam outras tarefas adicionais (transporte a granel, reembalagem, etiquetagem, etc.) em detrimento da eficiência do transporte.
Na internet física, as π-conexões serão exclusivamente dedicadas à manipulação, armazenamento e transferência, proporcionando:
- Entradas e saídas de produtos rápidas e confiáveis.
- Conexão perfeita entre veículos de transporte e sistemas que movimentam produtos na internet física. As π-conexões também se conectariam ao software dos clientes para rastrear os π-contêineres.
- Controle e proteção de π-contêineres para garantir sua integridade.
As π-conexões podem ter diferentes capacidades, desde uma simples transferência de π-portadores entre π-veículos (cross-docking) até a complexa multiplexação multimodal de π-contêineres. As π-conexões seriam avaliadas com base em indicadores-chave, como velocidade, serviço, limitações nas dimensões dos π-contêineres manuseados e capacidade disponível. Estas informações seriam utilizadas pelos clientes (físicos ou virtuais) para criar rotas e tomar outras decisões.
Conectividade operacional para transporte interconectado
Otimização de rota
Hoje, existem duas formas de transporte de carga. A primeira consiste no serviço direto (ponto a ponto), quando o volume de mercadoria justifica a utilização de um caminhão ou trem completo para distribuição da mercadoria. Se, por outro lado, o número de artigos a serem distribuídos é pequeno, as empresas recorrem a nós intermediários (hubs) e a utilização de caminhões parcialmente cheios (conhecidos como hub-and-spoke).
Ambas as formas de transporte da mercadoria são ineficazes. O serviço pode obrigar o atraso dos envios enquanto se espera que todo o caminhão seja carregado (ou que o veículo funcione parcialmente carregado) e o caminhão muitas vezes tem que retornar vazio. No sistema hub-and-spoke, é mais fácil coletar mercadoria de diferentes pedidos e, assim, garantir que o caminhão não volte vazio. A desvantagem é que se perde muito tempo e se incorrem em custos adicionais para manusear a mercadoria e fazer o transbordo.
A internet física reduziria consideravelmente o tempo médio de transporte e reduziria os custos
A internet física pode alterar as ineficiências no transporte de mercadoria. É uma rede de transporte intermodal distribuída em vários segmentos (figura 4). Cada π-transportador carregaria uma carga para o próximo centro de trânsito na rota e então pegaria uma carga de retorno e retornaria ao seu ponto de origem. No π-hub, o mesmo ou outra transportadora (ou meio de transporte) pegaria a carga em um curto intervalo de tempo e a moveria para o próximo centro de trânsito, determinado pela rota otimizada para aquele contêiner. Desta forma, o tempo médio de transporte seria reduzido consideravelmente e os custos seriam reduzidos.
Figura 4. Rede aberta de mobilidade global (Montreuil, 2012).
Autonomia na tomada de decisões
Na internet física, diferentes critérios podem ser utilizados para gerar rotas de transporte. No entanto, o objetivo da Internet física é criar rotas de transporte autônomas de acordo com procedimentos e protocolos acordados.
- Nível baixo: o π-contêiner não teria nenhuma capacidade de decisão ou inteligência. Os expedidores ou prestadores de serviços logísticos organizariam as rotas antes da distribuição. Isso poderia forçar certas paradas, como um tipo de carga que teria que cruzar uma fronteira designada para entrar em um país específico. A internet física se encarregaria de resolver esses detalhes de forma autônoma.
- Nível médio: o π-contêiner teria autonomia mínima para tomar qualquer decisão. Os prestadores de serviços logísticos (humanos ou virtuais) receberiam informações como a localização e o estado dos π-contêineres e tomariam decisões que seriam transmitidas ao π-contêiner e aos atores envolvidos na internet física. Os π-contêineres teriam autonomia limitada para tomar decisões sobre necessidades urgentes.
- Nível alto: em sua versão mais desenvolvida, os π-contêineres teriam autonomia máxima para tomar decisões. Os fornecedores logísticos especificariam apenas o tempo de embarque, o destino e as regras estabelecidas (menos tempo, custo e emissões de carbono). Os π-contêineres e os diferentes atores que interviriam na internet física decidiriam o percurso, dirigindo-se aos prestadores logísticos em situações extremas.
Uma internet física aberta
Nos sistemas logísticos existentes, a maioria dos armazéns e centros de distribuição são utilizados por um ou alguns atores de uma rede privada. A internet física tornaria possível passar de cadeias de abastecimentos privadas para uma rede de abastecimentos global mais aberta:
- As conexões seriam totalmente acessíveis para a maioria dos atores (fabricantes, distribuidores, provedores de serviços logísticos, varejistas e outros usuários). Assim, os usuários teriam maior liberdade sobre os pontos de armazenamento de sua mercadoria e poderiam tornar os planos de reposição mais flexíveis e responsivos.
- A capacidade das conexões de processar, armazenar ou mover mercadorias também pode ser adquirida sob demanda ou, por contrato, em função do uso.
Seria de se esperar que os sistemas de gerenciamento de armazém (WMS) da Internet física fossem igualmente abertos e conectados. Ainda assim, por razões comerciais e de privacidade, o acesso ao WMS pode ser restrito a uma empresa ou grupo de clientes relacionados (como VPN, redes virtuais privadas). Da mesma forma, como a internet física cuidaria apenas dos contêineres, e não de seu conteúdo, isso não afetaria sua execução. A Figura 5 ilustra a transição de redes de abastecimentos privadas para uma rede de abastecimento global aberta.
a) Cinco redes de distribuição de empresas em uma rede de distribuição fechada.
b) Rede de distribuição colaborativa de cinco empresas associadas.
Figura 5. Transição de redes de abastecimentos privadas para uma rede de fornecimento aberta e global de cinco empresas em diferentes mercados da América do Norte (Sohrabi et al., 2012).
Uma rede de abastecimento global e aberta teria efeitos positivos significativos em termos de prazos de entrega mais curtos, uso mais eficiente de ativos fixos, móveis e menos danos econômicos, sociais e ambientais.
Conclusões da proposta de internet física desenvolvida
- A internet física é baseada em protocolos de Internet comum. Os movimentos de pacotes de informações e dados na internet comum e de mercadoria em π─ do remetente ao destinatário são bem organizados e executados pelo sistema automaticamente. Isso facilita o uso ideal da capacidade disponível na rede sem intervenção humana.
- A organização da internet física é voltada para os centros de distribuição. As expedições são levadas ao centro de distribuição mais próximo e, em seguida, transportadas de forma ideal para o próximo centro de distribuição mais próximo do destino.
- A mercadoria não é manuseada sozinha, são gerenciados contêineres inteligentes, ecológicos e modulares.
- Os transbordos são feitos automaticamente sem intervenção humana. Os tempos de espera são reduzidos graças a capacidade de previsão e aos dados do sistema.
- As distâncias entre os centros de distribuição serão escolhidas buscando otimizar os custos de transbordo e a capacidade dos veículos.
- Para envios de longa distância, mais de um centro intermediário pode ser usado. No entanto, a taxa de ocupação dos ativos de transporte será alta e os atrasos devido ao congestionamento serão evitados.
- Os remetentes e prestadores de serviços logísticos terão informações em tempo real sobre o tempo previsto de chegada do envio.
De acordo com um roteiro proposto por ALICE, a implementação total da internet física seria possível até 2040
Por que não?
Se a proposta acima é convincente e as tecnologias necessárias já estão disponíveis, o que impede a implantação da internet física?
No Pacto Verde Europeo, a União Europeia pretende ser o primeiro continente neutro para o clima até 2050. A internet física, provavelmente o projeto mais ambicioso na busca de eficiência e sustentabilidade nos transportes, contribuiria para a transição para emissões zero. De acordo com um roteiro proposto por ALICE (plataforma tecnológica europeia para inovação logística através da colaboração), a implementação total da Internet física seria alcançável até 2040.
A internet física pode significar uma redução significativa nos tempos de transporte e uma diminuição nos custos
Apesar do fato de que a internet física oferece melhorias significativas na agilidade, robustez, resiliência e pegada ambiental das cadeias de abastecimento, o progresso em direção a sua aplicação continua a ser limitado. Alguns dos obstáculos de maior destaque são:
- A relutância de algumas empresas em colaborar. As colaborações existentes são limitadas a poucos participantes e são bastante difíceis de avaliar ou generalizar.
- A falta de ferramentas e processos universalmente adotados. Os padrões existentes sobre ferramentas e processos no setor logístico apresentam limitações que dificultam sua adoção universal.
- Uma rede interconectada universalmente não deve ser apenas tecnicamente viável e economicamente lucrativa, mas também aceita pela sociedade e pela indústria. É necessário demonstrar que a Internet física pode funcionar, primeiro através de um teste piloto, para construir confiança e consenso sobre seu design e funcionamento. Mas, como acontece com todas as redes, há um efeito de escala notável, e as demonstrações em pequena escala podem não revelar de forma convincente os grandes benefícios da internet física.
Uma forma de promover o desenvolvimento e a adoção da internet física seria adotar uma abordagem gradual que promova o crescimento progressivo como complexidade e cobertura. Essa transição gradual poderia ser alcançada através de ações planejadas, direcionadas e contínuas de pesquisa e inovação, com base em uma colaboração global entre a indústria e o mundo acadêmico.
Dr. Milos Milenkovic trabalhou como pesquisador no ZLC. Atualmente é professor assistente da Faculdade de Engenharia de Transporte e Tráfego da Universidade de Belgrado, Sérvia. O Dr. Milenkovic tem um PhD em Ciência Técnica em Tráfego e Transporte, com foco em tráfego ferroviário de mercadoria, programação e problemas de tamanho de frota, um Mestrado em Ciência Técnica com foco em questões de despacho em trem e um Mestrado em Sistemas Inteligentes de Transporte Ferroviário pela Faculdade de Transporte e Engenharia de Tráfego (Universidade de Belgrado).