Μετασχηματισμός του σημερινού μεταφορικού τερματικού σταθμού για την τεχνολογία του αύριο

Pekka Yli-Paunu, Διευθυντής, Έρευνας Αυτοματισμού, Kalmar

Εικόνα 1: Η ιδιωτική 4G / LTE συνδυάζει τα καλύτερα Wi-Fi και Ethernet και προσθέτει την κινητικότητα υψηλής ταχύτητας.

Ο Matthias Jablonowski, παγκόσμιος επικεφαλής του προγράμματος Ports στη Nokia.

Previous Next

Η βιομηχανική ασύρματη τεχνολογία LTE / 5G προετοιμάζει τερματικά για ένα ψηφιακό μέλλον.

Έχοντας εφαρμόσει διαδοχικά κύματα ψηφιακής τεχνολογίας τις τελευταίες δεκαετίες, οι περισσότερες τερματικές λειτουργίες σε θύρες παγκοσμίως έχουν ποικίλες τεχνολογίες ενσύρματων και ασύρματων δικτύων που κυμαίνονται από UHF και VHF, μέσω ασύρματων δικτύων αισθητήρων (WSN) και LPWA έως Ethernet, Wi-Fi - το καθένα υποστηρίζει διαφορετική εφαρμογή του τερματικού. Με τα σημερινά δίκτυα 4G / LTE και τον ερχομό του 5G, είναι πλέον δυνατό να εξεταστεί η ενοποίηση πολλών από αυτές τις ψηφιακές εφαρμογές σε ένα ενιαίο, ασφαλές ασύρματο δίκτυο που θα θέσει τις βάσεις για περαιτέρω αυτοματοποίηση και σημαντική αύξηση της παραγωγικότητας.

Προκαλούμενη από τις ασταθείς παγκόσμιες αγορές και τον αυξανόμενο όγκο, οι φορείς εκμετάλλευσης τερματικών σταθμών πρέπει να γίνουν πιο ευέλικτοι και ευαίσθητοι. Οι ταχύτεροι χρόνοι ανάκαμψης, ο καλύτερος συντονισμός με τους μεταφορείς φορτηγών και των σιδηροδρόμων και η δυνατότητα προσαρμογής των μεταβαλλόμενων μεγεθών των πλοίων καθιστούν επιπλέον πίεση στις τερματικές λειτουργίες. Εντός των αγκυροβολίων, των αυλών, των φορτηγών και των σιδηροδρομικών επιχειρήσεων, υπάρχει αυξανόμενη εξάρτηση από τις ψηφιακές τεχνολογίες. Οι τεχνολογίες του κλάδου 4.0, όπως η IoT, η μηχανική μάθηση και η AI, θα διαδραματίσουν έναν ολοένα και πιο κρίσιμο ρόλο στην αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, εν μέρει επιτρέποντας την αυτοματοποίηση των τερματικών σταθμών, η οποία με τη σειρά της θα προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία και λειτουργικές εξοικονομήσεις.

Οι τερματικές τεχνολογίες του «Σφεντού» του σήμερα
Οι τρέχουσες τεχνολογίες επικοινωνιών που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα λιμάνια δεν επαρκούν για την κάλυψη των μελλοντικών αναγκών των τερματικών λειτουργιών, καθώς αφορούν τον ψηφιακό μετασχηματισμό - ειδικά τις απαιτήσεις των εφαρμογών της βιομηχανίας 4.0 στον τομέα αυτόνομων και απομακρυσμένων λειτουργιών. Τα περισσότερα τερματικά σήμερα έχουν υλοποιήσει μια ασύρματη υποδομή βασισμένη σε Wi-Fi για επικοινωνία δεδομένων μεταξύ των κεντρικών πελατών TOS και TOS που εκτελούνται σε υπολογιστές που είναι εγκατεστημένοι σε αυτοκίνητα και ταμπλέτες σε γερανούς, τερματικά και μεταφορικά μέσα. Αυτό χρησιμοποιείται κυρίως για την κατανομή θέσεων εργασίας και τον συντονισμό της ροής εργασίας.

Οι φωνητικές επικοινωνίες συνήθως διαχειρίζονται το TETRA ή το VHF ραδιόφωνο για επικοινωνίες προσωπικού. Ένα Ethernet LAN τυπικά επιστρέφει πίσω από τα σημεία πρόσβασης Wi-Fi και συνδέει τις κάμερες και τον περισσότερο σταθερό εξοπλισμό, όπως οι γερανοί που τοποθετούνται σε σιδηροτροχιές, στις κεντρικές λειτουργικές και επιχειρηματικές εφαρμογές.
Το ασύρματο τμήμα είναι η περιοχή που μπορεί να βελτιωθεί καλύτερα με την σημερινή τεχνολογία 4G / LTE. Ο υψηλός βαθμός κινητικότητας που ενυπάρχει στις λιμενικές επιχειρήσεις αποτελεί πρόκληση για το Wi-Fi και, γενικά, δεν είναι σχεδόν τόσο αξιόπιστη, ασφαλής ή προβλέψιμη.

Η τεχνολογία 4G / LTE, η οποία σχεδιάστηκε για κινητά δίκτυα, είναι επίσης πολύ πιο ασφαλής, μπορεί να χειριστεί μεγαλύτερο αριθμό χρηστών ανά ραδιόφωνο και είναι σε θέση να χειρίζεται εφαρμογές μεγαλύτερου εύρους ζώνης, όπως το βίντεο. Βασικά, μπορεί να προσφέρει απόδοση Ethernet για βιντεοκάμερες, γερανούς από καουτσούκ ή για οποιαδήποτε άλλη εφαρμογή που σήμερα απαιτεί ακριβή καλωδιακή υποδομή.

Παρόλο που η LTE είναι διαθέσιμη για σχεδόν μια δεκαετία, έχει ως επί το πλείστον μονοπώλιο από φορείς εκμετάλλευσης κινητών δικτύων οι οποίοι χορήγησαν άδεια εκμετάλλευσης του φάσματος για χρήση από δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 4G / LTE παγκοσμίως. Ορισμένοι από αυτούς τους δημόσιους μεταφορείς έχουν μισθώσει το φάσμα για βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά το κόστος ήταν συνήθως υπερβολικά υψηλό για να δικαιολογήσει τη χρήση του. Ως εκ τούτου, η ευρύτατη εξάρτηση από το Wi-Fi, που ποτέ δεν σχεδιάστηκε ως κάτι άλλο εκτός από την τεχνολογία δικτύου με βέλτιστη προσπάθεια, είναι ακατάλληλη για εφαρμογές κρίσιμης σημασίας για επιχειρήσεις ή για αποστολές. Δυστυχώς, ήταν η μόνη επιλογή ασύρματης δικτύωσης για τις περισσότερες επιχειρήσεις.

Μελλοντική τεχνολογία για τερματικά
Ταυτόχρονα, η ευρεία πίεση που ασκήθηκε στις κυβερνήσεις έχει απελευθερώσει το φάσμα για χρήση από επιχειρήσεις σε βιομηχανικές και άλλες εφαρμογές από την υγειονομική περίθαλψη έως την εξόρυξη. Επιπλέον, οι πωλητές 4G / LTE έχουν αναπτύξει λύσεις που χρησιμοποιούν μη εξουσιοδοτημένο φάσμα (π.χ. Multefire) ή "ελαφρά" άδεια χρήσης. Έχουν επίσης αρχίσει να παράγουν εκδόσεις μεγέθους σε μέγεθος της επιχείρησης που δεν είναι πιο δύσκολο να εγκατασταθούν και να διατηρηθούν από ένα τυποποιημένο δίκτυο LAN ή Wi-Fi mesh. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι λιμενικές αρχές και οι φορείς εκμετάλλευσης τερματικών σταθμών έχουν τώρα καλύτερες επιλογές καθώς προγραμματίζουν το ψηφιακό μέλλον τους.

Το σχήμα 1 παρουσιάζει μια περίληψη των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων του Ethernet και του Wi-Fi σε σύγκριση με ένα ιδιωτικό δίκτυο LTE. Υπάρχουν πρόσθετα χαρακτηριστικά με τις πιο πρόσφατες κυκλοφορίες. Η έκδοση 4.9G έχει συγκεκριμένες βελτιώσεις για τη διαχείριση συσκευών IoT καθώς και τη δυνατότητα δημιουργίας ασφαλών τεμαχίων στο δίκτυο για την παροχή ειδικών ελέγχων ποιότητας (QoS) για εφαρμογές, για παράδειγμα, υψηλότερο εύρος ζώνης για βίντεο ή χαμηλό λανθάνοντα χρόνο για αυτοματοποιημένα ή εξ αποστάσεως ελεγχόμενες λειτουργίες.

Κατά τα επόμενα πέντε χρόνια, το 4G / LTE έχει σχεδιαστεί για να εξελιχθεί σε 5G, το οποίο θα είναι σαν ένα υπερφορτωμένο ασύρματο Ethernet. Με άλλα λόγια, θα είναι σε θέση να χειριστεί οποιαδήποτε από τις εφαρμογές που εκτελούνται επί του παρόντος μέσω Ethernet όσον αφορά την αξιοπιστία, την ασφάλεια και την χωρητικότητα, με πολύ μεγαλύτερη δυνατότητα κλίμακας, χειρισμό εξαιρετικά χαμηλών λανθάνουσας εφαρμογών και γενικά υποστήριξη βιομηχανικού αυτοματισμού.

Παρόλο που η γενική διαθεσιμότητα του 5G για βιομηχανικές εφαρμογές εξακολουθεί να είναι μερικά χρόνια μακριά, η 4G / LTE είναι πλήρως ικανή να χειριστεί σήμερα τις ανάγκες επικοινωνίας του τερματικού με μια ενιαία υποδομή δικτύου. Όπως έχουμε δει, μπορεί να αντικαταστήσει το Wi-Fi με ένα πιο ισχυρό, ασφαλές και αξιόπιστο δίκτυο, αλλά μπορεί επίσης να αντικαταστήσει το δίκτυο TETRA ή VHF. Υποστηρίζει τις επικοινωνίες δυναμικής ομάδας, push-to-talk και push-to-video, καθώς και τον έλεγχο αποστολής κλήσεων και τη διαχείριση.

Στο μέτωπο κινητικότητας, το 4G / LTE επιτρέπει επίσης άμεσα εφαρμογές όπως επιθεωρήσεις αεροσκάφους χωρίς αεροσκάφη ή αεροσκάφη. Τα αεροσκάφη έχουν αποδειχθεί ως βασική τεχνολογία σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όπου μπορούν να παρέχουν στιγμιαία συνειδητοποίηση της κατάστασης. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι σε τερματικές και ναυπηγικές εργασίες, όπου μπορούν να παράσχουν απομακρυσμένη επιθεώρηση των περιουσιακών στοιχείων, παρακολούθηση επικίνδυνων εμπορευμάτων και επιτήρηση περιμέτρου. Υπάρχουν διαθέσιμες λύσεις με βάση το LTE, οι οποίες περιλαμβάνουν την εντολή και τον έλεγχο των αεροσκαφών κατά την πτήση καθώς και τη μεταφορά του σήματος HDTV.

Αυτονομία, απομακρυσμένες λειτουργίες ... και πέρα
Ο τηλεχειρισμός του εξοπλισμού, όπως οι γερανοί γερανοί με καουτσούκ, είναι μια άλλη εφαρμογή που παρουσιάζει τις δυνατότητες των 4G / LTE και 5G. Οι απομακρυσμένες λειτουργίες απαιτούν επικοινωνίες πολύ χαμηλής καθυστέρησης λόγω της ανάγκης σχεδόν στιγμιαίας απόκρισης από τον απομακρυσμένο χειριστή. Τα συστήματα LTE / 5G υποστηρίζουν αυτές τις απαιτήσεις χαμηλής καθυστέρησης, συμπεριλαμβανομένης της υποστήριξης για τη μεταφορά του PROFINET σε επίπεδο 2. Υποστηρίζουν επίσης τις απαιτήσεις uplink βίντεο από πολλαπλές κάμερες που θα απαιτούνται για απομακρυσμένη εντολή και έλεγχο της μονάδας.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης κινητής κυψελοειδούς τεχνολογίας ξεπερνούν επίσης τα drones και το τηλεχειριστήριο του κινούμενου εξοπλισμού. Η μεγαλύτερη πρόκληση για τα δημόσια δίκτυα 4G και LTE είναι να παρέχουν επαρκή κάλυψη στους πυκνούς αστικούς πυρήνες, όπου υπάρχουν πολυάριθμα υψηλά κτίρια που δημιουργούν πολλαπλές προκλήσεις για ασύρματες συνδέσεις - προκλήσεις που ειδικά σχεδιάστηκαν για να ξεπεραστούν οι 4G / LTE. Σε μικρότερη κλίμακα, αυτό συμβαίνει επίσης στις περιπτώσεις τερματικών και ναυπηγείων, όπου οι στοίβες των εμπορευματοκιβωτίων μπορούν να δημιουργήσουν πραγματικές δυσκολίες για πολλές μορφές ασύρματου δικτύου. Οι τεχνολογίες LTE / 5G μπορούν εύκολα να ξεπεράσουν αυτές τις προκλήσεις για να εξασφαλίσουν πανταχού παρούσα κάλυψη στο τερματικό ναυπηγείο.

Εξετάζοντας περαιτέρω το μέλλον, οι εφαρμογές του Industry 4.0 θα συνεχίσουν να μεταβάλλουν ψηφιακά τις τερματικές λειτουργίες. Μαζί με εφαρμογές αυτοματοποίησης και απομακρυσμένου ελέγχου, μπορούμε επίσης να δούμε τη δυνατότητα διαχείρισης από άκρο σε άκρο όλων των επιχειρησιακών διαδικασιών που βασίζονται σε δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και στο εξελιγμένο λογισμικό διαχείρισης ροής εργασίας.

Η σύνδεση των διαφόρων λύσεων ψηφιακών σημείων απαιτεί ένα ισχυρό σύστημα επικοινωνίας κρίσιμης σημασίας για τη σύνδεση κινητών συσκευών, αισθητήρων και ενεργοποιητών. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία ενός ψηφιακού διδύμου, το οποίο τα αναλυτικά λογισμικά μπορούν να χρησιμοποιήσουν, για παράδειγμα, για τη βελτιστοποίηση της συνολικής ροής εργασίας. Όσον αφορά τις τερματικές λειτουργίες, είναι δυνατόν να εξοικονομηθεί μεταξύ 7 και 10 τοις εκατό της συνολικής απόδοσης των λειτουργιών χρησιμοποιώντας μόνο τη βελτιστοποίηση της ροής εργασίας.

Αν και αυτό μπορεί να ακούγεται πολύ μακριά στο μέλλον, αφού εγκατασταθεί, ένα ιδιωτικό δίκτυο LTE μπορεί να λειτουργήσει ως πλατφόρμα για μελλοντική εξέλιξη. Ως παράδειγμα, ο Steveco, ένας τερματικός σταθμός στο λιμάνι HaminaKotka στο Kotka της Φινλανδίας, συνεργάστηκε με τη Nokia για να δημιουργήσει ένα ιδιωτικό δίκτυο LTE για να υποστηρίξει βιντεοκάμερες που εγκαταστάθηκαν σε γερανούς πλοίου-ξηράς. Η εφαρμογή σχεδιάστηκε απλώς για την καταγραφή της κατάστασης των δοχείων πριν και μετά το χειρισμό. Έτσι, στην περίπτωση μελλοντικών ασφαλιστικών απαιτήσεων, ήταν εύκολο να καθοριστεί σαφής ευθύνη.

Από τότε ο Steveco δημιούργησε άλλες εφαρμογές πάνω από το δίκτυο LTE, επειδή ήταν εκεί. Έχουν προσθέσει περιμετρική παρακολούθηση και παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων μέσω βίντεο. Όλος ο εξοπλισμός διακίνησης φορτίου και το προσωπικό στο τερματικό και στις αποθήκες επικοινωνούν μέσω του δικτύου LTE. Και εξετάζουν τις μελλοντικές εφαρμογές του Industry 4.0 που μπορούν να ξεκινήσουν από το δίκτυο LTE.

Ξεχωριστά, η Kalmar, μέρος της Cargotec, διεξάγει συνεχή έρευνα σχετικά με τον τερματικό αυτοματισμό και τον ενεργειακά αποδοτικό χειρισμό φορτίου. Το κρεβάτι δοκιμών της έρευνας περιλαμβάνει επίσης ένα ιδιωτικό δίκτυο LTE από τη Nokia. "Η πλατφόρμα ψηφιακής αυτοματοποίησης με τη συνδεσιμότητα και τα επίπεδα εφαρμογών μας δίνει τη δυνατότητα να δοκιμάζουμε νέα προϊόντα και ιδέες υπηρεσιών. Αυτό μας δίνει την ευκαιρία να αποδείξουμε στους πελάτες μας πώς λειτουργούν οι νέες υπηρεσίες μας, κάτι που είναι ιδιαίτερα πολύτιμο ", λέει ο Pekka Yli-Paunu, Διευθυντής της Automation Research, Kalmar.

Ο ψηφιακός μετασχηματισμός όλων των βιομηχανιών έρχεται πολύ γρήγορα. Οι λειτουργίες του τερματικού δεν αποτελούν εξαίρεση. Ως μέρος ενός ζωτικού συνδέσμου στις σημερινές αλυσίδες βιομηχανικής εφοδιασμού, θα αποτελέσει πίνακα πονταρίσματος για τα μελλοντικά λιμάνια να έχουν την ψηφιακή ευαισθητοποίηση και τη διαχείριση όσων περνούν μέσα από αυτά σε πραγματικό χρόνο. Οι αυτοματισμοί και οι αυτόνομες τεχνολογίες θα βρουν νέους ρόλους στις λιμενικές επιχειρήσεις, όπως ακριβώς απασχολούνται σε πολλούς άλλους τομείς της οικονομίας. Υπάρχει ήδη μια ισχυρή επιχειρησιακή περίπτωση για τη μετάβαση στην 4G / LTE, και θα ενισχυθεί μόνο με την πάροδο του χρόνου.

Ο Matthias Jablonowski είναι παγκόσμιος επικεφαλής του προγράμματος Ports στη Nokia. Εμπνευσμένος από τις ευκαιρίες των συνδεδεμένων τεχνολογιών και του ψηφιακού μετασχηματισμού, συνεργάζεται με τις λιμενικές αρχές και τους τερματικούς σταθμούς στο Port 4.0 και τα έργα αυτοματοποίησης τερματικών σταθμών καθώς ξεκινούν τις έξυπνες λιμένες τους. Ο Matthias έχει συμβάλει στην επέκταση της Nokia στη βιομηχανία μεταφορών.

Το άρθρο αυτό εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην έκδοση JULY / AUG του περιοδικού Maritime Logistics Professional .