Come rendere i porti più efficienti e sicuri grazie a reti 5G dedicate

Mai come nel 2020, c’è stata una decisa presa di coscienza dell’importanza della logistica e dei trasporti, anche per far fronte alle nuove sfide globali. In questo contesto, il trasporto marittimo rappresenta il fulcro del commercio internazionale, con il 90% delle merci che viaggia via mare.

Anche in Italia il ruolo dei porti è strategico. Il sistema portuale nazionale è composto infatti da 58 scali principali, dedicati sia al trasporto merci che passeggeri, riuniti sotto 16 Autorità di Sistema Portuale. Secondo il Rapporto sull’Economia del Mare (UNIONCAMERE 2019), il contributo all’economia nazionale del sistema marittimo nel suo complesso è pari a circa il 3% del PIL. All’interno di questo cluster, che comprende un insieme di attività anche molto diversificate tra loro, i porti svolgono un ruolo fondamentale, che prescinde dal valore economico direttamente prodotto, pari a 8,1 miliardi di euro, ossia il 17,5% del totale dell’economia del mare.

Nel 2019, prima della pandemia, nei porti italiani si è registrato un volume di merci pari a 479 milioni di tonnellate e un traffico passeggeri pari a 56 milioni di unità.

Nel mondo post-covid il sistema portuale continuerà ad avere un ruolo strategico. Vanno però superate alcune criticità puntando su interventi mirati tra cui la digitalizzazione dei processi e lo  sviluppo di porti in ottica sostenibilità. I porti si configurano dunque come destinatari perfetti dei fondi di Next Generation EU, un’occasione per superare i limiti strutturali del sistema logistico nazionale e puntare con determinazione al suo rafforzamento competitivo.

Tecnologie come il 5G, l’intelligenza artificiale e l’Internet of Things possono rivelarsi strategiche per controllare l’intera catena logistica, dall’organizzazione delle attività di carico e scarico, alla progettazione e gestione dei magazzini, fino alle consegne, con impatti significativi sull’efficienza delle procedure, sulla sicurezza dei luoghi di lavoro e sul rispetto dell’ambiente.

Nel nuovo report, “Connected Ports: A guide to making ports smarter with private cellular technology”, Ericsson, ifm electronic e Arthur D. Little identificano cinque casi d'uso dove le reti private 5G hanno un ruolo chiave.

Gru telecomandate

All’interno dei porti sono presenti gru ship-to-shore (STS) che raggiungono i 70 metri di altezza e sono utilizzate per il carico e scarico dei container.

Le gru STS sono nelle banchine e gli operatori spesso si trovano a dover attraversare l’intero porto per raggiungerle e quindi salire in cabina, mettendo a rischio anche la propria incolumità. Il 22% degli infortuni mortali legati alla movimentazione delle gru negli Stati Uniti, tra il 2011 e il 2015, ha coinvolto proprio il personale in loco (fonte: The United States Bureau of Labor Statistics).

Fare in modo che il personale non raggiunga fisicamente la cabina di una gru può quindi aiutare a ridurre il numero di infortuni, aumentando la sicurezza dei lavoratori.

Per fare ciò ci vengono incontro moderni sistemi di controllo a distanza delle gru, che semplificano le fasi più critiche del processo di spostamento e smistamento di grandi carichi. Le gru STS sono solitamente connesse tramite una combinazione di WiFi e fibra, soluzione che però non garantisce un buon livello di affidabilità. Se consideriamo poi che ogni gru necessita di sensori 3D, di numerose telecamere ad alta definizione e di un controllo dei movimenti in tempo reale, ecco che il 5G, con la sua larghezza di banda, bassissima latenza e massima sicurezza, si adatta perfettamente a questo caso d'uso.

Gru a cavalletto automatizzate

Un secondo esempio riguarda invece le gru a cavalletto gommate (RTG), essenziali per spostare i container dagli ormeggi per tutto il cantiere. Nonostante l’errore umano sia il principale motivo degli incidenti portuali, oltre il 90% degli RTG è ancora controllato manualmente. Una soluzione di RTG automatizzata, richiede una connettività più sofisticata rispetto alle soluzioni tradizionali via cavo o wireless. Abilitati da controller di sicurezza, sensori 3D intelligenti e dispositivi di posizionamento, i macchinari RTG possono eseguire operazioni di impilamento in modo del tutto automatizzato. Tuttavia, ogni volta che si verifica un'irregolarità, un operatore, collocato presso una sala di controllo, può assumere il comando dell’RTG da remoto. Come si può immaginare, quando l'automazione entra in un terminal container, la latenza di rete diventa una priorità e il 5G è la migliore soluzione. Secondo Arthur D. Little attraverso l’implementazione di questo caso d’uso, i porti possono raggiungere una riduzione del 20% nei costi di manutenzione.

Veicoli a guida automatica

Nei porti si trovano numerose motrici guidate da un pilota umano. La scarsa comunicazione tra i conducenti provoca spesso congestioni e collisioni, con un impatto negativo sulla produttività del porto. Negli ultimi 5 anni il 36% degli incidenti nei porti è stato causato da errori del pilota e il 42% è stato classificato come incidente stradale.

Il terzo caso d’uso analizzato riguarda quindi l’utilizzo di veicoli a guida automatica (AGV) chem, diversamente dalle motrici, sono in grado di muoversi autonomamente nel porto utilizzando i sensori 3D intelligenti installati a bordo.

Gli AGV tradizionali sono attualmente azionati seguendo un nastro magnetico o un filo induttivo installato sul pavimento. Questo sistema non consente la flessibilità richiesta in zone così dinamiche come quelle dei porti. Gli AGV intelligenti possono invece ottimizzare i loro percorsi e la ricarica, riducendo il consumo di energia. Per essere controllati, nel rispetto delle normative di sicurezza, è necessaria una connessione con una latenza estremamente bassa, che solo il 5G oggi offre. Secondo il report, l’utilizzo di AGV può ridurre il costo per operatore del 74% e incrementare la produttività del 23%.

Monitoraggio predittivo

Il monitoraggio delle condizioni di un porto, cantieri compresi, è fondamentale per prevenire i guasti e ridurre i tempi di fermo non pianificati. Negli ultimi cinque anni, l'11% degli incidenti nei terminal per container è stato causato da incendi mentre, secondo Port Technology, il 25% del costo dei danni alle apparecchiature è dovuto a una manutenzione inadeguata o errata. Il monitoraggio predittivo di macchinari, attrezzature e servizi consente il rilevamento precoce di potenziali guasti. Requisito fondamentale è che la rete sia in grado di gestire un'elevata densità di connessioni e trasferire dati in tempo reale con un'affidabilità estremamente elevata.

Droni per sorveglianza e consegne

All’interno di un porto i droni possono essere utilizzati sia per lo scambio di documenti prima che le navi attracchino, sia per quelle attività di monitoraggio e sorveglianza necessarie per scongiurare furti di merce. Secondo Shipping & Freight Resource, nel 2018 sono stati segnalati in media ben 15 furti di merce ogni giorno.

I droni moderni utilizzano sensori 3D collegati a una rete cellulare per eseguire analisi in tempo reale e raccogliere dati. Il porto di Singapore ad esempio sta testando droni collegati al 5G per assicurare le zone di carico e scarico. A partire da agosto 2020, le consegne avvengono sei volte più velocemente e costano il 90% in meno.

È importante infine considerare che l’implementazione di un’infrastruttura 5G dedicata, non può essere finalizzata a un singolo caso d’uso ma deve essere vista come piattaforma abilitante più casi d’uso nel medio-lungo termine. In quest’ottica, il rapporto di Ericsson prevede che qualora tutti e cinque i casi d'uso vengano attivati globalmente, entro cinque anni, si arriverebbe ad un ritorno dell’investimento (ROI) del 178%, nel caso di un porto standard.

In questo simulatore è possibile tcalcolare il ROI di ogni singolo caso d’uso.

Il porto di Livorno tra le migliori pratiche mondiali

Il porto di Livorno è sicuramente un esempio concreto di prime applicazioni innovative basate su una infrastruttura 5G. In questo contesto infatti sono in fase di realizzazione casi d’uso relativi alla logistica interna per le ottimizzazioni delle operazioni di carico e scarico delle navi, ovvero modelli “digital twin” delle infrastruttre portuali a supporto delle fasi critiche di ingresso delle imbarcazioni nel porto. Con la sua bassa latenza, maggiore capacità e flessibilità, il 5G apporta un valore senza precedenti all’ottimizzazione degli scali portuali, offrendo un nuovo livello di efficienza operativa e di processo in grado di ridurre significativamente i costi e l'impatto ambientale.

In relazione ai casi d’uso 5G in fase di test al porto di Livorno abbiamo stimato un risparmio di 2,5 milioni di euro l'anno (grazie all’ottimizzazione delle operazioni di attracco delle navi), un 25% di miglioramento della produttività (attraverso gru e banchine comandate da remoto grazie al 5G) e una riduzione dell'8,2% per quanto riguarda le emissioni per le operazioni portuali di ogni container terminal.

A dimostrazione dell’importanza strategica del progetto, “5G Port of the Future” ha ricevuto il prestigioso premio per l'Efficienza Energetica Industriale agli Hannover Messe Digital Days 2020.