Transformando o terminal de transporte de hoje para a tecnologia de amanhã

Pekka Yli-Paunu, Diretor de Pesquisa em Automação, Kalmar

Figura 1: O 4G / LTE privado combina o melhor de Wi-Fi e Ethernet e adiciona mobilidade de alta velocidade.

Matthias Jablonowski, líder global de prática do programa Ports da Nokia.

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O LTE / 5G sem fio industrial prepara terminais para um futuro digital.

Tendo implementado ondas sucessivas de tecnologia digital nas últimas décadas, a maioria das operações de terminais em portas em todo o mundo possui uma variedade de tecnologias de rede com e sem fio, variando de UHF e VHF, através de redes de sensores sem fio (WSN) e LPWA, a Ethernet, redes sem fio e Wi-Fi - cada um suportando uma aplicação diferente do terminal. Com as redes 4G / LTE atuais e a chegada do 5G, agora é possível considerar a consolidação de muitos desses aplicativos digitais em uma única rede sem fio segura que estabelecerá as bases para automação adicional e ganhos significativos de produtividade.

Desafiados por mercados globais voláteis e volumes crescentes, os operadores de terminais precisam se tornar mais ágeis e responsivos. Tempos de resposta mais rápidos, melhor coordenação com os operadores de caminhões e ferroviários e a capacidade de acomodar mudanças nos tamanhos de embarcações exercem pressão adicional nas operações do terminal. Nas operações de cais, pátio, caminhão e trem, há uma dependência crescente das tecnologias digitais. As tecnologias do setor 4.0, como IoT, aprendizado de máquina e IA, desempenharão um papel cada vez mais crítico para enfrentar esses desafios, em parte permitindo a automação de terminais, que, por sua vez, proporcionarão maior flexibilidade e economia operacional.

As tecnologias terminais 'isoladas' de hoje
As tecnologias de comunicação atuais em uso na maioria das portas não são suficientes para atender às necessidades futuras das operações do terminal, pois elas abraçam a transformação digital - especialmente os requisitos dos aplicativos da Indústria 4.0 na área de operações autônomas e remotas. Atualmente, a maioria dos terminais implementou uma infra-estrutura sem fio baseada em Wi-Fi para comunicação de dados entre os clientes centrais e dos TOS rodando em computadores e tablets montados em veículos em guindastes, caminhões terminais e transportadoras. Isso é usado principalmente para alocação de trabalho e coordenação de fluxo de trabalho.

As comunicações de voz são geralmente tratadas pelo rádio TETRA ou VHF para comunicações da equipe. Uma LAN Ethernet tipicamente transporta os pontos de acesso Wi-Fi e conecta câmeras e mais equipamentos fixos, como guindastes sobre trilhos, aos aplicativos operacionais e de negócios centrais.
A parte sem fio é a área que melhor pode ser melhorada com a tecnologia 4G / LTE de hoje. O alto grau de mobilidade inerente às operações portuárias apresenta desafios para o Wi-Fi e, em geral, não é tão confiável, seguro ou previsível.

A tecnologia 4G / LTE, projetada para redes móveis, também é muito mais segura, pode lidar com um número maior de usuários por rádio e é capaz de lidar com aplicativos de maior largura de banda, como vídeo. O mais importante é que ele pode fornecer desempenho no nível Ethernet para câmeras de vídeo, guindastes de borracha ou qualquer outro aplicativo que hoje exija uma infraestrutura de cabeamento cara.

Embora o LTE esteja disponível há quase uma década, ele foi monopolizado principalmente pelas operadoras de rede móvel que licenciaram o espectro para uso em redes móveis 4G / LTE em todo o mundo. Alguns desses transportadores públicos alugaram o espectro para aplicações industriais, mas o custo geralmente era alto demais para justificar seu uso. Portanto, a ampla dependência do Wi-Fi, que nunca foi projetado como algo além de uma tecnologia de rede de melhor esforço, é inadequada para aplicativos comerciais ou de missão crítica. Infelizmente, era a única opção de rede sem fio para a maioria das empresas.

Tecnologia do futuro para terminais
Ao mesmo tempo, a pressão generalizada exercida sobre os governos liberou espectro para uso por empresas em aplicações industriais e outras, da saúde à mineração. Além disso, os fornecedores de 4G / LTE desenvolveram soluções que usam espectro licenciado não licenciado (por exemplo, Multefire) ou 'levemente'. Eles também começaram a produzir versões corporativas da tecnologia que não são mais difíceis de instalar e manter do que uma rede LAN ou Wi-Fi padrão. O resultado é que as autoridades portuárias e as operadoras de terminais agora têm melhores opções ao planejar seus futuros digitais.

A Figura 1 apresenta um resumo das vantagens e desvantagens da Ethernet e do Wi-Fi em comparação com uma rede LTE privada. Existem recursos adicionais com as versões mais recentes. A versão 4.9G possui aprimoramentos específicos para o manuseio de dispositivos IoT, além da capacidade de criar fatias seguras na rede para fornecer controles específicos de nível de qualidade (QoS) para aplicativos, por exemplo, maior largura de banda para vídeo ou baixa latência para automação ou remota operações controladas.

Nos próximos cinco anos, o 4G / LTE foi projetado para evoluir para o 5G, que será como uma Ethernet sem fio super carregada. Em outras palavras, ele será capaz de lidar com qualquer um dos aplicativos atualmente em execução na Ethernet em termos de confiabilidade, segurança e capacidade com capacidade muito maior de escalar, lidar com aplicativos de extrema latência baixa e geralmente oferecer suporte à automação industrial.

Embora a disponibilidade geral de 5G para aplicações industriais ainda esteja a alguns anos, o 4G / LTE é totalmente capaz de atender às necessidades de comunicação do terminal com uma única infraestrutura de rede atualmente. Como vimos, ele pode substituir o Wi-Fi por uma rede muito mais robusta, segura e confiável, mas também pode substituir a rede TETRA ou VHF. Ele suporta comunicações dinâmicas de grupo, push-to-talk e push-to-video, além de controle e gerenciamento de despacho de chamadas.

Na frente da mobilidade, o 4G / LTE também permite imediatamente aplicações como inspeções aéreas não tripuladas ou drones. Os drones provaram ser uma tecnologia essencial em situações de emergência, onde podem fornecer consciência situacional instantânea. Eles são especialmente úteis em operações de terminais e pátios, onde podem fornecer inspeção visual remota de ativos, monitoramento de mercadorias perigosas e vigilância de perímetro. Existem soluções de drones baseadas em LTE disponíveis que incluem comando e controle dos drones em voo, bem como transporte do sinal de HDTV.

Autonomia, operações remotas ... e além
O controle remoto de equipamentos, como guindastes de pórtico de borracha, é outra aplicação que mostra as capacidades de 4G / LTE e 5G. As operações remotas requerem comunicações de latência muito baixa devido à necessidade de resposta quase instantânea do operador remoto. Os sistemas LTE / 5G suportam esses requisitos de baixa latência, incluindo suporte para o transporte de camada 2 do PROFINET. Eles também suportam os requisitos de ligação de vídeo de várias câmeras que seriam necessárias para o comando e controle remoto da unidade.

As vantagens do uso da tecnologia móvel celular também vão além dos drones e do controle remoto de equipamentos em movimento. O maior desafio para as redes públicas 4G e LTE é fornecer cobertura suficiente para densos núcleos urbanos, onde existem inúmeros prédios altos que criam vários desafios para conexões sem fio - desafios que o 4G / LTE foi projetado especificamente para superar. Em uma escala menor, esse também é o caso nas operações de terminais e pátios, onde pilhas de contêineres podem criar dificuldades reais para muitas formas de comunicação sem fio. As tecnologias LTE / 5G podem facilmente superar esses desafios para fornecer cobertura onipresente no pátio do terminal.

Olhando para o futuro, os aplicativos da Indústria 4.0 continuarão a transformar digitalmente as operações dos terminais. Juntamente com os aplicativos de automação e controle remoto, também podemos ver a possibilidade de gerenciamento ponta a ponta de todos os processos operacionais com base em dados em tempo real e sofisticado software de gerenciamento de fluxo de trabalho.

A ligação das várias soluções de pontos digitais exigirá um sistema de comunicações robusto e de missão crítica para conectar dispositivos móveis, sensores e atuadores. Isso permite a criação de um gêmeo digital, que a análise de software pode usar, por exemplo, para otimizar o fluxo de trabalho geral. Em termos de operações do terminal, é possível economizar entre 7 e 10% na eficiência geral das operações usando somente a otimização do fluxo de trabalho.

Embora isso possa parecer distante no futuro, uma vez instalada, uma rede LTE privada pode funcionar como uma plataforma para evolução futura. Como exemplo disso, Steveco, um operador de terminal no porto HaminaKotka em Kotka, na Finlândia, trabalhou com a Nokia para construir uma rede LTE privada para suportar câmeras de vídeo instaladas em guindastes de navio para terra. O aplicativo foi projetado simplesmente para registrar o status dos contêineres antes e após o manuseio. Assim, no caso de reivindicações de seguro futuras, era fácil estabelecer responsabilidades claras.

Desde então, a Steveco construiu outros aplicativos em cima da rede LTE, porque estava lá. Eles adicionaram vigilância de perímetro e monitoramento de ativos por vídeo. Todos os equipamentos e pessoal de manuseio de carga no terminal e nos armazéns se comunicam pela rede LTE. E eles estão considerando futuros aplicativos da Indústria 4.0 que podem iniciar na rede LTE.

Separadamente, a Kalmar, parte da Cargotec, está fazendo pesquisas contínuas sobre automação de terminais e manuseio de carga com eficiência energética. O teste deles inclui uma rede LTE privada da Nokia também. “A plataforma de automação digital, com suas camadas de conectividade e aplicação, permite testar novos produtos e conceitos de serviço. Isso nos dá a oportunidade de demonstrar aos nossos clientes como nossos novos serviços funcionam, o que é particularmente valioso ”, diz Pekka Yli-Paunu, diretor de pesquisa de automação da Kalmar.

A transformação digital de todas as indústrias está chegando muito rapidamente. Operações de terminal não são excepção. Como parte de um elo vital nas cadeias de suprimentos industriais atuais, tornar-se-á em jogo para os portos futuros ter consciência digital e gerenciamento de tudo que passa por eles em tempo real. A automação e as tecnologias autônomas encontrarão novos papéis nas operações portuárias, assim como estão sendo empregadas em muitas outras áreas da economia. Já existe um forte argumento comercial para mudar para 4G / LTE, e isso só se fortalecerá com o tempo.

Matthias Jablonowski é líder global de prática do programa Ports da Nokia. Intrigado com as oportunidades de tecnologias conectadas e transformação digital, ele trabalha com autoridades portuárias e operadores de terminais na Porta 4.0 e em projetos de automação de terminais, à medida que embarcam em suas jornadas de portos inteligentes. Matthias tem sido fundamental na expansão da Nokia para o setor de Transportes.

Este artigo apareceu pela primeira vez na edição impressa de JULHO / AGOSTO da revista Maritime Logistics Professional .