Argomenti 15 luglio 2020
Big Data per grandi navi

Nella Nautica 4.0, i big data effettueranno i controlli sulle grandi navi nelle spedizioni commerciali.

Se l'Industria 4.0 continua ad adottare delle forme specifiche per l'automazione dei processi, i primi sistemi cyber-fisici e le strutture di rete basate su cloud, che in definitiva ottimizzeranno le operazioni marittime, devono ancora percorrere un lungo tragitto prima che siano pronte per i viaggi in mare. Sono soprattutto i fornitori tedeschi di attrezzature nautiche ad essere convinti che la Nautica 4.0 consentirà loro di ottenere enormi benefici nell'efficienza delle spedizioni commerciali. Questa è solo una mera prospettiva rosea da parte dell'industria tedesca? Dopo tutto, sono in cima all'elenco globale dei fornitori secondo le statistiche VDMA. Cosa offrono realmente i big data al settore marittimo e quali nuove sfide sono legate a queste enormi quantità di dati?

L'automazione prende quota nella navigazione:

Risparmio energetico sulle operazioni con l'interconnessione dei sotto-sistemi
Lettura dei dati della nave e interventi di controllo grazie all'accesso remoto dalla costa
Riduzione dei costi con la navigazione senza equipaggio
Analisi dei dati meteo e adattamento della rotta per il risparmio di carburante
I vantaggi dovuti alla riduzione dei costi, alla protezione ambientale e all'aumento dell'efficienza sono contrastati dall'alto rischio causato dal furto di dati e dalla criminalità informatica.

Si dice che sei nelle mani di Dio quando sei in alto mare e in tribunale. Questo modo di dire non ha perso nulla del suo significato nel 21° secolo. C'è sempre un certo grado di incertezza in aula su come risolvere la situazione legale, e simili incertezze prevalgono in alto mare. Anche quando le navi seguono rotte definite, rimangono esposte alle forze della natura, all'affidabilità della tecnologia o persino ai pirati. Mentre alcuni discutono ridondanze e affidabilità, altri contemplano le navi a guida autonoma che potrebbero alleviare il rischio della pirateria, dal momento che i pirati sono più interessati al riscatto che possono estorcere con gli ostaggi rispetto al carico stesso. I sistemi di trasporto senza conducente, che sono già utilizzati per la logistica a terra, cambieranno l'immagine dei mari a livello globale?

Gli esperti di settore sono convinti dell'enorme potenziale racchiuso nei big data.

Navi da carico telecomandate su acque internazionali sono ancora solo sogni; che, tuttavia, si stanno avvicinando alla realtà dato che l'automazione è sempre più incorporata nella progettazione delle navi, rendendo possibile ciò che era inconcepibile qualche anno fa. Gli esempi includono la messa in rete dei sottosistemi, aspetto che consente l'interconnessione dei sistemi per una messa a punto notevolmente più precisa e una maggiore efficienza; oppure l'accesso da remoto, da terra, per leggere i dati della nave o attivarsi nel funzionamento della nave controllandone delle funzioni specifiche. Indipendentemente dal fatto che le persone rimangano a bordo o meno, gli esperti del settore, come Hauke Schlegel, direttore del dipartimento VDMA "Marine Equipment and Systems", sono convinti che nei big data "è celato un potenziale inimmaginabile". Il settore marittimo, con l'economia nautica tedesca come principale fornitore globale, otterrà notevoli benefici dai big data, un aspetto molto apprezzato da Schlegel.

Mentre sembra che nel prossimo futuro Cina, Giappone e Corea chiuderanno i cantieri a causa della sovraccapacità, gli ingegneri meccanici e i progettisti di sistemi tedeschi stanno viaggiando in acque più calme. E mentre il loro futuro potrebbe non essere roseo, sembra essere comunque stabile. Nel 2016, le vendite dovrebbero superare i 12 miliardi di euro. E adesso la rivoluzione digitale, quali opportunità potrà offrire? Cosa possono effettivamente ottenere le navi e le spedizioni da questa nuova tecnologia? Esaminiamo più da vicino l'efficienza, la protezione ambientale e la sicurezza nell'industria navale.

Riduzione dei costi con la navigazione senza equipaggio

In generale, i servizi cargo sono quotidianamente sottoposti a elevate pressioni di costi in costante aumento. La ragione di questo è semplice: c'è troppo tonnellaggio di navigazione disponibile in navigazione sugli oceani dovuto alla speculazione nata negli anni del boom tra il 2004 e il 2009. La conseguenza è stata un eccesso di capacità e l'erosione dei prezzi correnti. I servizi di trasporto stanno quindi cercando di mantenere la loro redditività economica riducendo i costi. E ovunque vengano discusse le riduzioni dei costi, in primo piano vi sono sempre i costi per la manodopera, anche per le compagnie di navigazione. Per loro, in particolare, significa una scelta tra quantità o qualità. Le compagnie riducono i numeri dell'equipaggio a bordo o fanno affidamento su un equipaggio con qualifiche elettrotecniche più basse e retribuzioni corrispondentemente più basse.

Entrambi gli scenari sono realizzabili con l'implementazione dell'automazione. I sistemi automatizzati sono in grado di assumere molti compiti a lungo termine precedentemente eseguiti dal personale umano. Inoltre, abilitano un funzionamento da remoto, che consente agli esperti da terra di leggere i dati della nave per sovrintendere alle attività di manutenzione da parte del personale navigante. Se i membri dell'equipaggio fossero a zero, ci sarebbero notevoli vantaggi economici: piccoli sottosistemi, come i sistemi di trattamento delle acque reflue, il controllo del clima e gli impianti di desalinizzazione, sarebbero eliminati se una nave fosse guidata autonomamente. I servizi di trasporto potrebbero risparmiare solo il 10% circa dei costi di carburante se non dovessero offrire i servizi necessari per approvvigionare, ospitare e intrattenere un equipaggio.

Allocazione dei costi secondo le loro origini

Con o senza equipaggio: su una nave ci sono molte applicazioni che potrebbero essere gestite in modo più efficiente, a parte i servizi per l'equipaggio. Misurare, valutare, formulare rimedi - Nautica 4.0 è una fonte di opportunità future incredibile per queste aree specifiche. Se per un momento prendiamo in considerazione la gestione di un edificio: utilizzando la registrazione dei dati e il collegamento in rete, i consumi e i costi possono essere determinati e ottimizzati fino al livello della singola stanza. Delle misure simili non avvengono sulle navi portacontainer. Tuttavia, container differenti contribuiscono a livelli di costo di trasporto differenti. Ciò è dovuto al fatto che, nonostante le dimensioni standardizzate di un container, tutto il carico non è lo stesso, il che è abbondantemente chiaro quando si considerano i "reefer".

Reefer è il termine usato per i container refrigerati, che devono essere raffreddati utilizzando il sistema di raffreddamento del carico della nave o avere i propri sistemi di raffreddamento. Questi a loro volta assorbono energia dalla rete di bordo. In entrambi i casi, il raffreddamento influisce direttamente sul consumo di carburante della nave, poiché i generatori devono fornire energia elettrica e il motore principale richiede di conseguenza più potenza. È ovvio che i container refrigerati sono responsabili di maggiori costi di spedizione rispetto ad altri container. Nella pratica quotidiana, tuttavia, i costi di infrastruttura sono distribuiti uniformemente tra tutti i container caricati su una nave. Se la tecnologia di rete integrativa potesse determinare quanto siano elevate le richieste di energia di un reefer, allora i costi di spedizione potrebbero essere allocati in base alla fonte e calcolati individualmente. Differenti tariffe di carico potrebbero essere definite per rotte diverse, poiché viaggiare nelle vicinanze dell'equatore richiede più elettricità per il raffreddamento rispetto alle regioni più fredde. Tecnologicamente, tali compiti potrebbero essere risolti senza problemi con la tecnologia attualmente disponibile. Il controllore PFC200 di WAGO offre, ad esempio, il potenziale di archiviazione per il monitoraggio dei dati al di fuori del cloud in parallelo alle prestazioni del proprio processore. Inoltre, questo monitoraggio è già necessario per documentare la catena ininterrotta del freddo e quindi la sicurezza operativa di un reefer.

Pianificazione della rotta invece della navigazione a tutto vapore sugli oceani

Un altro esempio dei vantaggi derivanti da una più stretta rete di dati può essere misurato nel consumo di carburante. Se le rotte sono ad esempio tracciate nei pressi di zone a bassa pressione, vi è un risparmio di carburante. Di conseguenza, è vantaggioso valutare i dati meteorologici non solo per motivi di sicurezza. L'elaborazione aggiuntiva delle informazioni nel porto segue un percorso simile. Il Prof. Holger Watter, Ingegnere e presidente del Politecnico di Flensburg, ha recentemente chiesto: "A che serve viaggiare a tutta velocità verso un porto, se poi devo attendere che si liberi una postazione di attracco?" Quando si considera il consumo di carburante, è sostanzialmente più efficiente regolare la velocità di navigazione in modo che una nave cargo o container arrivi puntualmente in un porto logisticamente preparato per gestire il carico.

Gli esperti hanno stimato che il ritorno in termini monetari che potrebbero derivare dall'ottimizzazione dei consumi di carburante e dei tempi di inattività siano così grandi che l'UE ha lanciato il progetto "Gestione del traffico marittimo". Questa iniziativa cerca di sincronizzare con precisione le operazioni di navigazione utilizzando la comunicazione, il networking e i big data. La premessa di base del progetto è che i dati delle navi, che possono essere coordinati tra loro, siano inviati nel cloud e che da qui altre navi possano accedervi. Questo apre il percorso per effettuare sorpassi in sicurezza l'un l'altro lungo le rotte di navigazione e arrivare nei porti in una sequenza puntuale. Anche gli operatori portuali beneficerebbero di una navigazione sincronizzata. Potrebbero prepararsi meglio all'arrivo delle navi, il che porterebbe così a un minore spazio logistico per lo stoccaggio intermedio e un minore ingombro per il trasporto delle merci. Automotrici e treni non dovrebbero rimanere in lunghe file in attesa di navi specifiche. Accordi di questo tipo offrirebbero benefici finanziari e ambientali. "Nonostante ciò, non è ancora patrimonio comune nelle spedizioni", afferma il professor Watter, che chiarisce che in questo contesto per gli operatori navali è ancora più importante interpretare correttamente vari scenari. Watter vuole che gli equipaggi delle navi "siano in grado di leggere correttamente i dati e stabilire le misure più idonee", questo significa che i sistemi di automazione hanno bisogno di buone interfacce uomo-macchina.

La Nautica 4.0 richiede la massima sicurezza informatica

In questo contesto, i ponti delle navi sono serviti da tempo come centri di controllo dell'automazione in cui le informazioni fluiscono insieme. Ciò include informazioni di navigazione, comunicazione e carico, oltre a dati amministrativi, come documenti di registrazione e dichiarazioni di carico. Con le mappe elettroniche e i sistemi di identificazione automatica (AIS), è chiaro anche sul ponte della nave che in alto mare la digitalizzazione è sempre più presente. La tendenza parla chiaro, e i potenziali descritti vanno di conseguenza: big data per grandi navi? Ne vale la pena!

Tuttavia, anche la riduzione dei costi, la protezione ambientale e l'aumento dell'efficienza hanno il loro prezzo: aumentando in modo significativo le richieste di sicurezza informatica. Il rischio della violazione dei dati e della criminalità informatica aumenta parallelamente alla digitalizzazione, al networking e all'aumento della comunicazione terra-nave. Chiunque parli di Nautica 4.0, deve anche parlare della sicurezza informatica: questo significa molto di più che assicurare una nave contro un cyber-attacco, implica anche la sicurezza operativa della nave stessa. Al fine di proteggere la nave, l'equipaggio e l'ambiente con tecnologie adeguate è imperativo che i dati trasmessi tra terra e mare siano crittografati in modo affidabile. Un esempio: i punti di accesso e i tempi di accesso sono regolati, o vengono utilizzati controllori che includono la "Sicurezza IT per progetto" e possono anche funzionare come archivio intermedio se la connessione tra terra e mare viene interrotta per qualsiasi motivo.

Sicurezza informatica: una competizione in corso

In considerazione dei gravi effetti causati dagli incidenti marittimi, è sorprendente in questo contesto che l'attuale versione della legge sulla sicurezza informatica non includa le operazioni di spedizione tra le sue infrastrutture critiche, il che è in netto contrasto con la fornitura di energia e acqua sulla terraferma. Attualmente la sicurezza informatica dovrebbe essere considerata una "competizione", che si verifica tra produttori, hacker e operatori. Per poter reagire in modo flessibile a nuove minacce, un sistema operativo aperto è la prima scelta perché i prodotti open source non dipendono da un solo produttore. Anzi, i sistemi aperti sono utilizzati simultaneamente da molti programmatori che riconoscono le lacune di sicurezza più rapidamente e collaborano ai miglioramenti. Per questo motivo la gamma di PFC di WAGO si basa su Linux^® con espansione in tempo reale, che fornisce le funzioni comuni per la sicurezza informatica in modo predefinito, indipendentemente dal produttore, e offre possibilità di espansione future.

Testo: Thorsten Sienk, Norman Südekum e Eva Banholzer | WAGO

Foto: Thorsten Sienk | WAGO

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