تحويل محطة النقل اليوم لتكنولوجيا الغد

Pekka Yli-Paunu ، مدير بحوث الأتمتة ، كالمار

الشكل 1: يجمع 4G / LTE الخاص بين أفضل خدمة Wi-Fi و Ethernet ويضيف إمكانية تنقل عالية السرعة.

ماتياس جابلونوفسكي ، رائد الممارسة العالمية لبرنامج الموانئ في نوكيا.

Previous Next

LTE / 5G اللاسلكية الصناعية تستعد المحطات لمستقبل رقمي.

بعد تنفيذ موجات متعاقبة من التكنولوجيا الرقمية على مدى العقود القليلة الماضية ، فإن معظم العمليات الطرفية في الموانئ في جميع أنحاء العالم لديها مجموعة متنوعة من تقنيات الشبكات السلكية واللاسلكية التي تتراوح بين UHF و VHF ، عبر شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSN) و LPWA ، إلى شبكة الإيثرنت ، والشبكات اللاسلكية و Wi-Fi - يدعم كل تطبيق مختلف من الجهاز. بفضل شبكات 4G / LTE الحالية وظهور شبكة الجيل الخامس ، أصبح من الممكن الآن التفكير في دمج العديد من هذه التطبيقات الرقمية في شبكة لاسلكية واحدة آمنة من شأنها أن تضع الأساس لمزيد من الأتمتة وتحقيق مكاسب كبيرة في الإنتاجية.

في مواجهة التحديات التي تواجهها الأسواق العالمية المتقلبة والأحجام المتزايدة ، يحتاج مشغلو المحطات الطرفية إلى أن يصبحوا أكثر مرونة واستجابة. تعمل أوقات التشغيل الأسرع ، والتنسيق الأفضل مع مشغلي الشاحنات والسكك الحديدية ، والقدرة على استيعاب أحجام الأوعية المتغيرة جميعًا على زيادة الضغط على العمليات الطرفية. عبر عمليات المرسى والساحات والشاحنات والقطارات ، هناك اعتماد متزايد على التقنيات الرقمية. ستلعب تكنولوجيات الصناعة 4.0 مثل إنترنت الأشياء والتعلم الآلي ومنظمة العفو الدولية دوراً متزايد الأهمية في مواجهة هذه التحديات ، وذلك جزئياً من خلال تمكين أتمتة المحطات ، مما سيوفر بدوره مرونة أكبر ووفورات تشغيلية.

تقنيات المحطة الطرفية "Siled" اليوم
تقنيات الاتصالات الحالية المستخدمة في معظم الموانئ ليست كافية لتلبية الاحتياجات المستقبلية لعمليات المحطة الطرفية لأنها تشمل التحول الرقمي - وخاصة متطلبات تطبيقات الصناعة 4.0 في مجال العمليات المستقلة والبعيدة. طبقت معظم المحطات الطرفية اليوم بنية تحتية لاسلكية قائمة على شبكة Wi-Fi لاتصالات البيانات بين عملاء TOS و TOS المركزيين اللذين يعملان على أجهزة كمبيوتر محمولة على مركبات وأقراص في الرافعات والشاحنات الطرفية وناقلات الركائز. يستخدم هذا في الغالب لتخصيص الوظائف وتنسيق سير العمل.

عادة ما يتم التعامل مع الاتصالات الصوتية بواسطة راديو TETRA أو VHF لاتصالات الموظفين. تقوم شبكة Ethernet LAN عادة بإصلاح نقاط الوصول إلى Wi-Fi وتوصيل الكاميرات والمزيد من المعدات الثابتة ، مثل الرافعات المثبتة بالسكك الحديدية ، بالتطبيقات التشغيلية والتشغيلية المركزية.
الجزء اللاسلكي هو المنطقة التي يمكن تحسينها بشكل أفضل مع تقنية 4G / LTE اليوم. تمثل درجة التنقل العالية المتأصلة في عمليات المنافذ تحديات بالنسبة لشبكة Wi-Fi ، وبصفة عامة ، فهي لا تكاد تكون موثوقة أو آمنة أو يمكن التنبؤ بها.

تقنية 4G / LTE ، التي تم تصميمها لشبكات المحمول ، هي أيضًا أكثر أمانًا ، ويمكنها التعامل مع أعداد أكبر من المستخدمين لكل راديو وقادرة على التعامل مع تطبيقات النطاق الترددي العالي مثل الفيديو. والأهم من ذلك ، أنه يمكن أن يوفر أداء على مستوى الإيثرنت لكاميرات الفيديو ، والرافعات المتعبة بالمطاط أو أي تطبيق آخر يتطلب اليوم بنية تحتية مرتفعة للكابلات.

على الرغم من توفر LTE منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، إلا أنه تم احتكاره في الغالب من قبل مشغلي شبكات الهاتف المحمول الذين قاموا بترخيص الطيف لاستخدامه بواسطة شبكات المحمول 4G / LTE في جميع أنحاء العالم. استأجرت بعض شركات النقل العام هذه الطيف للتطبيقات الصناعية ، لكن التكلفة كانت عادة مرتفعة للغاية لتبرير استخدامها. وبالتالي ، فإن الاعتماد الواسع النطاق على Wi-Fi ، والذي لم يتم تصميمه على الإطلاق كأي شيء آخر غير تقنية الشبكة الأفضل في الجهد ، لا يناسب تطبيقات الأعمال أو المهام المهمة. لسوء الحظ ، كان خيار الشبكات اللاسلكية الوحيد لمعظم الشركات.

تكنولوجيا المستقبل للمحطات
وفي الوقت نفسه ، أدى الضغط الواسع النطاق الواقع على الحكومات إلى تحرير الطيف لاستخدامه من قبل المؤسسات في التطبيقات الصناعية وغيرها من الرعاية الصحية إلى التعدين. بالإضافة إلى ذلك ، قام موردو 4G / LTE بتطوير حلول تستخدم الطيف غير المرخص (مثل Multefire) أو الطيف المرخص "خفيف". وقد بدأوا أيضًا في إنتاج إصدارات بحجم المؤسسات من التكنولوجيا التي لم تعد عملية التثبيت والصيانة أكثر صعوبة من شبكة LAN أو شبكة Wi-Fi قياسية. والنتيجة هي أن سلطات الموانئ ومشغلي المحطات لديهم الآن خيارات أفضل لأنهم يخططون لمستقبلهم الرقمي.

يقدم الشكل 1 ملخصًا لمزايا وعيوب Ethernet و Wi-Fi مقارنة بشبكة LTE خاصة. هناك ميزات إضافية مع أحدث الإصدارات. يحتوي الإصدار 4.9G على تحسينات خاصة للتعامل مع أجهزة إنترنت الأشياء ، بالإضافة إلى القدرة على إنشاء شرائح آمنة داخل الشبكة لتوفير عناصر تحكم معينة على مستوى الجودة (QoS) للتطبيقات ، على سبيل المثال ، عرض نطاق ترددي أعلى للفيديو أو زمن انتقال منخفض للأجهزة الآلية أو عن بُعد العمليات التي تسيطر عليها.

على مدار السنوات الخمس المقبلة ، تم تصميم شبكة 4G / LTE لتتحول إلى شبكة 5G ، والتي ستكون بمثابة شبكة إيثرنت لاسلكية فائقة الشحن. بمعنى آخر ، ستكون قادرة على التعامل مع أي من التطبيقات التي يتم تشغيلها حاليًا عبر الإيثرنت من حيث الموثوقية والأمان والسعة مع قدرة أكبر بكثير على القياس والتعامل مع تطبيقات الكمون المنخفض للغاية ودعم الأتمتة الصناعية عمومًا.

على الرغم من أن التوافر العام لـ 5 G للتطبيقات الصناعية لا يزال متوقفًا منذ بضع سنوات ، إلا أن 4G / LTE قادرة تمامًا على تلبية احتياجات الاتصالات الخاصة بالمحطة باستخدام بنية تحتية لشبكة واحدة اليوم. كما رأينا ، يمكن أن تحل محل شبكة Wi-Fi بشبكة أكثر أمانًا وقوة وموثوقية ، ولكن يمكنها أيضًا استبدال شبكة TETRA أو VHF أيضًا. وهو يدعم الاتصالات الجماعية الديناميكية ، والتحدث الفوري والتوجيه إلى الفيديو ، وكذلك التحكم في إرسال المكالمات وإدارتها.

على جبهة التنقل ، تعمل تقنية 4G / LTE على الفور أيضًا على تمكين التطبيقات مثل عمليات التفتيش الجوية أو بدون طيار. أثبتت الطائرات بدون طيار نفسها كتكنولوجيا رئيسية في حالات الطوارئ حيث يمكن أن توفر الوعي الظرفي الفوري. إنها مفيدة بشكل خاص في العمليات الطرفية والساحات حيث يمكنها توفير فحص الأصول عن بُعد المرئي ومراقبة البضائع الخطرة ومراقبة المحيط. هناك حلول للطائرات بدون طيار تعتمد على تقنية LTE والتي تشمل التحكم والسيطرة على الطائرات بدون طيار أثناء الطيران وكذلك نقل إشارة HDTV.

الحكم الذاتي ، العمليات عن بعد ... وما بعده
التحكم عن بعد في المعدات ، مثل رافعات القنطرية العملاقة المطاطية ، هو تطبيق آخر يعرض قدرات 4G / LTE و 5 G. تتطلب العمليات البعيدة اتصالات منخفضة زمن الوصول بسبب الحاجة إلى استجابة فورية تقريبًا من المشغل البعيد. تدعم أنظمة LTE / 5G متطلبات الكمون المنخفض ، بما في ذلك دعم نقل طبقة 2 من PROFINET. كما أنها تدعم متطلبات الوصلة الصاعدة للفيديو من كاميرات متعددة ستكون مطلوبة للتحكم عن بعد في الوحدة والتحكم فيها.

مزايا استخدام التكنولوجيا الخلوية المتنقلة تتجاوز أيضا الطائرات بدون طيار والتحكم عن بعد من المعدات المتحركة. إن التحدي الأكبر لشبكات 4G و LTE العامة هو توفير تغطية كافية للمراكز الحضرية الكثيفة حيث توجد العديد من المباني العالية التي تخلق تحديات متعددة للاتصالات اللاسلكية - التحديات التي صممت 4G / LTE خصيصًا للتغلب عليها. هذا هو الحال على نطاق أصغر أيضًا في عمليات المطاريف والساحات حيث يمكن أن تتسبب أكوام الحاويات في خلق صعوبات حقيقية للعديد من أشكال الشبكات اللاسلكية. يمكن لتقنيات LTE / 5G التغلب بسهولة على هذه التحديات لتوفير تغطية شاملة في الفناء النهائي.

إذا نظرنا إلى أبعد من ذلك في المستقبل ، سوف تستمر تطبيقات Industry 4.0 في تحويل العمليات الطرفية رقمياً. إلى جانب تطبيقات الأتمتة والتحكم عن بعد ، يمكننا أيضًا أن نرى إمكانية الإدارة الشاملة لجميع العمليات التشغيلية بناءً على البيانات في الوقت الفعلي وبرامج إدارة سير العمل المعقدة.

سوف يتطلب ربط حلول النقاط الرقمية المختلفة نظام اتصالات قويًا مهمًا لربط الأجهزة المحمولة وأجهزة الاستشعار والمشغلات. يسمح ذلك بإنشاء توأمي رقمي ، يمكن أن تستخدمه تحليلات البرامج ، على سبيل المثال ، لتحسين سير العمل الكلي. فيما يتعلق بعمليات المحطة الطرفية ، يمكن توفير ما بين 7 و 10 في المائة من الكفاءة الكلية للعمليات باستخدام تحسين سير العمل وحده.

على الرغم من أن هذا قد يبدو بعيد المنال في المستقبل ، بمجرد تثبيته ، يمكن أن تعمل شبكة LTE خاصة كمنصة للتطور المستقبلي. وكمثال على ذلك ، عمل Steveco ، وهو مشغل محطة في ميناء HaminaKotka في كوتكا ، فنلندا ، مع نوكيا لبناء شبكة LTE خاصة لدعم كاميرات الفيديو التي تم تثبيتها على الرافعات البحرية. تم تصميم التطبيق ببساطة لتسجيل حالة الحاويات قبل وبعد المناولة. وبالتالي ، في حالة مطالبات التأمين في المستقبل ، كان من السهل تحديد مسؤولية واضحة.

قام Steveco منذ ذلك الحين ببناء تطبيقات أخرى على قمة شبكة LTE ، لأنها كانت موجودة. لقد أضافوا مراقبة المحيط ومراقبة الأصول عن طريق الفيديو. جميع معدات التعامل مع البضائع والموظفين في المحطة والمستودعات التواصل عبر شبكة LTE. وهم يفكرون في تطبيقات Industry 4.0 المستقبلية التي يمكنهم تشغيلها من شبكة LTE.

بشكل منفصل ، تقوم كالمار ، وهي جزء من كارجوتيك ، بإجراء بحث مستمر حول التشغيل الآلي للمحطات ومعالجة البضائع الموفرة للطاقة. يتضمن سرير اختبار البحث شبكة LTE خاصة من نوكيا. "يتيح نظام التشغيل الآلي الرقمي مع طبقات الاتصال والتطبيق الخاصة بنا إمكانية اختبار منتجات ومفاهيم الخدمة الجديدة. هذا يتيح لنا الفرصة لنوضح لعملائنا كيف تعمل خدماتنا الجديدة ، وهو أمر ذو قيمة خاصة ، "يقول Pekka Yli-Paunu ، مدير أبحاث أتمتة ، Kalmar.

التحول الرقمي لجميع الصناعات يأتي بسرعة كبيرة. العمليات الطرفية ليست استثناء. كجزء من ارتباط حيوي في سلاسل التوريد الصناعية الحالية ، سيصبح من موانئ الموانئ المستقبلية إدراكًا رقميًا وإدارة كل شيء يمر بها في الوقت الفعلي. ستجد الأتمتة والتكنولوجيات المستقلة أدوارًا جديدة في عمليات الموانئ تمامًا مثلما يتم توظيفها في العديد من مجالات الاقتصاد الأخرى. هناك بالفعل قضية عمل قوية للانتقال إلى 4G / LTE ، وسوف تتعزز فقط مع مرور الوقت.

ماتياس جابلونوفسكي هو رائد الممارسة العالمية لبرنامج الموانئ في نوكيا. نظرًا لأنه مفتون بفرص التقنيات المتصلة والتحول الرقمي ، يعمل مع سلطات الميناء ومشغلي المحطات الطرفية على Port 4.0 ومشاريع أتمتة المحطات أثناء شروعهم في رحلات الموانئ الذكية. لعب Matthias دورًا أساسيًا في توسيع نطاق نوكيا ليشمل قطاع النقل.

ظهر هذا المقال لأول مرة في النسخة المطبوعة من يوليو / أغسطس من مجلة Maritime Logistics Professional .