in English

Transport w Świecie IoT

W dziczy mroźnej Alaski, technologie IoT zapewniają bezpieczeństwo transportu towarów na jednej z najtrudniejszych tras autostradowych w Stanach Zjednoczonych. Departament Transportu i Usług Publicznych Alaski korzysta z rozwiązać firmy Cisco, które pozwoliło stworzyć wysoce bezpieczne połączenie radiowe, dzięki któremu może nadzorować i koordynować transport drogowy oraz zapewniać łączność na drogach. Zastosowana implementacja pozwala na uzyskanie szybkiej reakcji w nagłych przypadkach, poprawia bezpieczeństwo i pozwala znacznie bardziej wydajnie korzystać z pojazdów i planować trasy.

Ilustracja 1. Technologie IoT zapewniają bezpieczny transport towarów w dzikich obszarach Alaski. Źródło: Getty

O ile podany przykład obejmuje dosyć ekstremalne środowisko, Internet Rzeczy odgrywa coraz większą rolę w transporcie wszelkiego rodzaju – zarówno kolejowym, morskim, powietrznym, jak i drogowym – i to na całym Świecie. Dzięki postępowi firmy spedycyjne są w stanie nadążać za swoimi klientami – producentami dóbr. W innych artykułach w Hubie IoT pokazaliśmy już, jak produktywność, konkurencyjność i swoboda wyboru fabryk i magazynów poprawiają się, dzięki ewoluującym technologiom sensorów, sieci i obliczeń w chmurze, które składają się na Internet Rzeczy.

Jeśli zaawansowana produkcja wymaga wsparcia ze strony zaawansowanego transportu, w jaki sposób branża spedycyjna jest w stanie sprostać tym nowym wyzwaniom? Jakie są komponenty łańcucha transportowego, które można zmodyfikować dzięki IoT i jakie będą z tego płynąć korzyści? Poniżej odpowiadamy na te pytania.

Jeśli skoncentrujemy się na transporcie drogowym, możemy bardziej precyzyjnie określić wyzwania i potencjalne korzyści – z których i jedne i drugie są ogromne. W minionym roku przemysł transportu drogowego w USA wygenerował 676 mld USD przychodu, podczas gdy sumaryczne obroty firm Apple, Amazon i Google wyniosły 442 mld USD. Podstawowe problemy w tej branży to niedobór kierowców, rosnące koszty przestojów spowodowane usterkami lub wypadkami, kradzież pojazdów lub towarów, niewystarczająca efektywność operacyjna i rosnące oczekiwania odnośnie dostarczania informacji na temat stanu transportu w czasie rzeczywistym. Klienci nie tylko chcą wiedzieć, gdzie znajduje się w danym momencie pojazd z załadunkiem, ale też jakie dokładnie przedmioty zawiera. Dodatkowo, jeśli w przesyłce znajdują się towary łatwo się psujące, takie jak jedzenie lub farmaceutyki, potrzebna jest szybka informacja na temat wszelkich usterek związanych z systemami chłodzenia lub nieodpowiednim środowiskiem, panującym wokół transportowanych obiektów. Dzięki temu możliwe staje się naprawienie przyczyny problemu, zanim towar zepsuje się w sposób nieodwracalny.

Problemy te stają się bardziej skomplikowane w przypadku większych i międzynarodowych akcji spedycyjnych, gdyż te często podzielone są na etapy, które obsługiwane są przez różnych przewoźników, a same towary są przechowywane w różnych magazynach i pojazdach podczas trasy. W artykule przyglądamy się opisanym powyżej problemom i staramy się pokazać wyzwania i rozwiązania dla nich, jakie pojawiają się na przykładzie dużej lub międzynarodowej akcji spedycyjnej.

Automatyzacja ciężarówek

Niektóre z powyższych problemów można rozwiązać poprzez zwiększanie automatyzacji kierowania ciężarówkami – przez rozszerzanie możliwości kierowców, lub w końcu wyeliminowanie ich i zastąpienie elektroniką. O ile koszt używania automatyki do stworzenia „inteligentnych” ciężarówek będzie duży, w praktyce powinny być one nieco bardziej opłacalne niż ponoszenie kosztów pracy kierowców. I o ile rzeczywistość, w której autostrady są wypełnione autonomicznymi pojazdami wydaje się futurystyczna, już teraz spotkać się można z tego typu aplikacjami w niektórych sytuacjach. Konglomerat górniczy Rio Tinto na terenie Zachodniej Australii korzysta całych flot zautomatyzowanych, ogromnych ciężarówek od 2008 roku. Dzięki temu zredukował koszty ładowania i transportu o około 13%. Przerwy, nieobecność w pracy, koszty modyfikacji planu zmian i dostarczania posiłków zostały wyeliminowane, a usunięcie ludzi ze środowiska kopalni poprawiło bezpieczeństwo.

Ilustracja 2. Rio Tinto korzysta z floty autonomicznych pojazdów od 2008 roku. Źródło: Getty

Konwoje ciężarówek to kolejna okazja do automatyzacji prowadzenia pojazdów. Wystarczy że kontrolę nad konwojem ma kierowca wiodący, który narzuca tempo całej kolumnie pojazdów. Kierowcy w pozostałych ciężarówkach nie ustalają ani kierunku jazdy, ani nie wpływają na przyspieszanie lub hamowanie i teoretycznie mogą być niepotrzebni, gdy konwój będzie już w trasie. System tego typu zmniejsza częstość wypadków i może też zmniejszyć zużycie paliwa o około 15%. Lepiej wykorzystywana jest też powierzchnia drogi, a emisja dwutlenku węgla maleje.

Jedną z pomyślnych prób organizacji takiego konwoju przeprowadziła firma Volvo w Barcelonie. Kierowca pierwszego pojazdu sterował też czterema ciężarówkami jadącymi za nim. Osiągnięcie pełnej automatyzacji będzie wymagało jeszcze pokonania wielu drobnych kroków, ale kolejne próby prowadzone są już teraz.

Wykorzystanie autonomicznych pojazdów pozwala zredukować liczbę wypadków, w których biorą udział ciężarówki, a których koszty liczone są często w setkach tysięcy dolarów w przeliczeniu na incydent. Czasem kwoty te dochodzą do milionów, jeśli ktoś poniesie śmierć w takim wypadku. Automatyzacja pozwoli też pokonać problem niedoboru kierowców. Amerykańskie stowarzyszenie kierowców i posiadaczy ciężarówek (American Trucking Association) szacuje, że w 2015 roku, w samych Stanach Zjednoczonych brakowało 48 tysięcy kierowców i można się spodziewać że w 2024 roku będzie brakowało 175 tysięcy pracowników w tym zawodzie.

Nie tylko pełna automatyzacja pozwoli osiągnąć wiele korzyści. Cenne będzie także wprowadzenie Internetu Rzeczy w mniejszej skali, poprzez wykrywanie różnych zdarzeń, zbieranie i analizowanie informacji oraz powiadamianie użytkownika o istotnych wydarzeniach. Coraz częściej ciężarówki wyposaża się w sensory monitorujące pracę ciągnika, zachowanie kierowcy, stan ładunku oraz pozycję całego pojazdu. Wielu integratorów systemów korzysta ze zbieranych danych w połączeniu z analizami przeprowadzanymi w chmurze, by przygotować użyteczne informacje, przydatne operatorom flot.

Metody śledzenia następnej generacji

W 2012 roku organizacja FreightWatch odnotowała 946 kradzieży towaru z ciężarówek w USA i 689 w Europie. Są to zdarzenia, które każdego roku kosztują firmy spedycyjne miliardy dolarów za opóźnienia w transporcie i utratę przewożonych dóbr. Blackberry Radar to jeden z systemów, który właściciele pojazdów mogą wykorzystywać do walczenia z tym zjawiskiem. System ten:

Pozwala niemal na żywo monitorować lokalizację ciężarówek i kontenerów oraz przesyłać zbierane dane na portal, który umożliwia oglądanie zgromadzonych danych gdziekolwiek na świecie, czy to z telefonu, tabletu czy komputera.
Bazuje na wykorzystaniu łatwego w instalacji urządzenia śledzącego.
Identyfikuje lokalizację zasobów i pozwala określać sposób ich wykorzystania, zapobiegając okazjom do kradzieży, czy zwiększając efektywność użycia zasobów.
Wykrywa, gdy ciężarówka przekroczy granicę zdefiniowanego przez użytkownika obszaru oraz zdarzenia otwarcia lub zamknięcia drzwi pojazdu.
Monitoruje temperaturę, wilgotność i obecność towaru, dzięki czemu pozwala wykrywać problemy, które mogłoby spowodować uszkodzenie lub utratę załadunku.
Powiadamia obsługę magazynów o zbliżającym się pojeździe, dzięki czemu mogą oni lepiej zaplanować swoją pracę.
Zapewnia bezpieczeństwo danych, gdyż wszystkie informacje są transmitowane w sposób zaszyfrowany, a każde urządzenie korzystające z systemu musi zostać autentykowane.
Nie wymaga tworzenia kosztownej infrastruktury IT, gdyż całość działa w oparciu o chmurę.
Może zostać rozbudowany o dodatkowe podsystemy, zwiększające bezpieczeństwo. Przykładowo – można dodać czujniki stanu drzwi i zamków, zapewnić dwukierunkową komunikację i wdrożyć przyciski alarmowe, które zapobiegną porwaniom pojazdów. Można również wyposażyć pojazd w wykrywacz urządzenia zakłócającego sygnał GSP czy GSM, a informacje z odbiornika GPS mogą zostać wykorzystywane do śledzenia ukradzionych pojazdów.

Podobnie firma DHL oferuje kilka produktów z rodziny SmartSensor. Przykładowo SmartSensor RFID to pasywny znacznik UHF RFID, który mierzy temperatury podczas transportu. Zbierane z niego dane mogą być analizowane za pomocą portalu internetowego DHL w dowolnej chwili i gdziekolwiek na świecie. Ponadto czujnik spełnia wymagania przemysłu farmaceutycznego w Unii Europejskiej i USA: EU GMP Annex 11, US 21 CFR Part 11 i EU GDP.

Natomiast SmartSensor GSM mierzy temperaturę, wilgotność oraz monitoruje wstrząsy i natężenie oświetlenia, co pozwala wykrywać otwarcie drzwi. Jest także w stanie identyfikować lokalizację przedmiotów podczas transportu. Przesyła zebrane dane przez sieć GSM do serwisu DHL, który umożliwia analizę danych niemalże w czasie rzeczywistym.

Konserwacja predykcyjna zamiast prewencyjnej

Tak jak IoT pomaga w śledzeniu pozycji ciężarówek, jest również w stanie zwiększyć ich czas sprawnej pracy poprzez planowanie konserwacji predyktywnej, zamiast prewencyjnej. Firma International Truck uruchomiła program OnCommand Connection, który wykorzystuje techniki Big Data i Internet Rzeczy do minimalizacji przestojów pojazdów. Każda ciężarówka marki IT, zbudowana od lata 2015 roku, może być wyposażona w system telemetryczny, który podłącza się do silnika i zaczytuje dane z różnych podzespołów pojazdu. W efekcie:

Monitoruje prędkość obrotową silnika, szybkość poruszania się pojazdu, temperaturę płynu chłodniczego, zużycie hamulców i inne czynniki.
Dane zbierane są w odstępach czasowych od 15 do 60 sekund i transmitowane przez sieć komórkową do (przeważnie) serwerów Amazon Web Services, gdzie mogą być przeglądane przez producenta i klientów.
Dane są następnie ładowane do klastra komputerowego, opartego na platformie Apache Hadoop by mogły być analizowane z użyciem algorytmów uczenia maszynowego, napisanych w językach Python, R i SAS.
Zbierane dane i ich analiza pozwalają firmie IT usprawnić własne mechanizmy testowania i wdrożyć konserwację predykcyjną u klientów.
Firma spodziewa się, że klaster Hadoop niedługo będzie przechowywał ponad 1 Petabajt danych, obsługując ponad 200 tysięcy ciężarówek.
System jest w stanie przewidzieć, jak różne kombinacje komponentów, których jest łącznie około 20 tysięcy możliwości, będą ze sobą współpracować w rzeczywistości i wyzwala alarmy, gdy wszystko wskazuje, że dane połączenie podzespołów będzie musiało powodować usterki.
Konserwacja predyktywna zmniejsza czas przestojów, co jest bardzo ważne, gdyż każdy dzień, kiedy pojazd nie nadaje się do użytku, powoduje straty w wysokości nawet 1000 dolarów w utraconych przychodach.

Dbanie o kierowców i spełnianie wymagań przepisów

Podobnie jak silnik, hamulce czy ładunek, także i kierowców można uznawać za część składową systemu, jakim jest kompletna, poruszająca się ciężarówka. Dlatego też, zarówno oni, jak i właściciele flot, mogą skorzystać z monitoringu oraz innych podpowiedzi, jakie generują systemy IoT w transporcie.

Operatorzy firm spedycyjnych mogą zdalnie monitorować na żywo zużycie paliwa. Dzięki temu są w stanie ocenić, czy kierowca zbyt mocno hamuje, lub zbyt szybko przyspiesza.
System jest w stanie dobrać optymalną prędkość przejazdu dla wybranej trasy
Oprogramowanie jest w stanie śledzić trasę oraz czas spędzony na ładowaniu i rozładowywaniu towarów.
System ułatwia zarządzanie czasem pracy kierowców, tak by zapewnić zgodność z przepisami.
Sam system staje się tym bardziej inteligentny, im więcej zbierze informacji z dotychczasowych przejazdów. Dzięki temu może lepiej doradzać odnośnie warunków drogowych, wyboru doków do ładowania towarów, warunków pogodowych i innych czynników, które mogą wpływać na ułożenie harmonogramu dostaw.
Systemy IoT mogą także pracować jako elektroniczne tachografy. Zgodnie z wymaganiami urzędów regulujących ruch ciężarówek na całym Świecie, w większości rozwiniętych państw Świata konieczne jest monitorowanie czasu pracy kierowców. Systemy tego typu zbierają informacje na temat lokalizacji, daty, czasu, pojazdu, pracy silnika, ruchu ciężarówki, przejechanej trasy oraz identyfikatora samego kierowcy.
Elektroniczne tachografy można powiązać ze smartfonami, by mogły one przechowywać i tworzyć kopie zapasowe informacji.
Zgodność z wymaganiami określonymi w przepisach zazwyczaj wymaga dokładnego zapisu informacji o czasie pracy kierowcy oraz o konserwacji pojazdu.
Elektroniczne tachografy są preferowane przez kierowców na całym Świecie, gdyż pozwalają zrezygnować z papierowych rejestrów, w których dane trzeba wpisywać ręcznie. Mogą też stanowić dowód w sytuacjach spornych.
Dane z elektronicznych tachografów mogą również posłużyć do modelowania ryzyka przemęczenia kierowcy. Systemy tego typu są w stanie tworzyć profile zachowań kierowców w oparciu o tysiące informacji, dzięki czemu pozwalają rozwiązywać różnorakie problemy.

Wykorzystanie technologii łączności pomiędzy pojazdami, jako globalne rozwiązanie transportowe

Transport międzynarodowy i inne akcje spedycyjne na dużą skalę mogą wymagać współpracy wielu firm, wykorzystania wielu pojazdów i licznych postojów. To wszystko sprawia, że jest masa sytuacji, w której można popełnić błąd, jeśli tylko ludzie którzy uczestniczą w tym procesie, nie zachowają się tak, jak jest to od nich oczekiwane. Przykładem może być umieszczenie przesyłki w nieodpowiedniej ciężarówce, już po zeskanowaniu etykiety pakunku. W konsekwencji taki scentralizowany system nadzoru nie ma już prawdziwych i dokładnych danych na temat tego co się dzieje. Problem ten nasila się, gdy trasa towaru podzielona jest na wiele drobnych etapów i pakunek przebywa w różnych centrach logistycznych, należących do różnych operatorów, zanim dotrze do odbiorcy.

Tradycyjne systemy śledzenia zasobów polegały na próbach usprawnienia takich operacji poprzez zwiększanie efektywności, ale IoT umożliwia zastosowanie zupełnie nowego, lepszego podejścia. Przykładowo firma Intel opracowała globalny system, którego istotą jest uczynienie przesyłanych towarów „inteligentnymi”. Polega to na dołączaniu do opakowań inteligentnych sensorów, które mogą przekazywać informacje do centrali lub chmury, za pomocą mobilnych bramek, zlokalizowanych na pojazdach, albo też z użyciem stałych bramek w poszczególnych punktach trasy. W efekcie:

Zleceniodawcy mają dostęp do zintegrowanego widoku, w ramach którego widzą stan przesyłki podczas jej podróży na trasie.
Informacje na temat transportu mogą być przekazywane w czasie rzeczywistym zarówno do istniejących systemów, ja i nowoczesnych algorytmów Big Data, dając klientom dostęp do danych podczas transportu.
Czujniki temperatury i akcelerometry pozwalają klientom na monitorowanie warunków transportu i podejmowanie odpowiednich akcji w razie potrzeby. Przykładowo – można zmienić pojemnik, w którym przewożony jest towar lub przekierować ładunek do innego celu.
Zbierane dane mogą posłużyć do lepszego planowania długoterminowego.

Ilustracja 3. System Smart Freight firmy Intel. Źródło: Intel

Platforma Intel IoT stanowi referencyjną architekturę łączności pomiędzy czujnikami i bramkami oraz poprzez specjalne API umożliwia komunikację ze starszymi systemami informatycznymi, używanymi przez klientów. Składa się z następujących komponentów:

Inteligentnych czujników: Sensory ze zintegrowanymi procesorami, pamięcią i interfejsami komunikacji bezprzewodowej, podczepiane do ładunku.
Bramki: Mobilne, zasilane bateryjnie urządzenia, które instalowane są na pojazdach, lub stacjonarne punkty. Można nimi zarządzać za pomocą aplikacji zaprojektowanych z uwzględnieniem potrzeb systemów spedycyjnych i z uwzględnieniem funkcji analizy danych.
Konfigurator: Aplikacja działająca w chmurze, która łączy się z aplikacjami klienckimi, tworząc parametry konfiguracyjne dla każdego ładunku.
System synchronizacji stanów: Aplikacja działająca w chmurze, która zapewnia zbieżność informacji zbieranych z bramek z informacjami przechowywanymi w systemach stosowanych przez klientów.
Aplikacja działająca w chmurze, która zarządza komunikacją pomiędzy bramkami i aplikacjami klienckimi, odpowiadającymi za logistykę i prowadzenie operacji. Przetwarza przychodzące zdarzenia okresowe i nieokresowe, na potrzeby wymiany informacji z systemami klientów. Przygotowuje także dane do przekazania do bramek.
Narzędzia SDK udostępnione klientom, które pozwalają na tworzenie własnych, nowych systemów, zapewniając przy tym ich zgodność z funkcjami bramek i pozostałych wymienionych elementów systemu.

Podsumowanie

Transport towarów, szczególnie jeśli dotyczy dóbr łatwopsujących się, może być skomplikowany i trudny w zarządzaniu. Wiele niekorzystnych zdarzeń może wpływać na kierowców, pojazdy i sam towar. W niniejszym artykule pokazaliśmy, jak możliwości systemów IoT w zakresie sterowania i monitoringu są w stanie wspomóc poradzenie sobie z tymi problemami. Już teraz widać postęp technologiczny, zmierzający do stworzenia zautomatyzowanych, a w końcu także w pełni autonomicznych pojazdów. Co więcej, istnieją już także realne implementacje tych idei. Sami kierowcy również widzą korzyści płynące z zastosowania nowoczesnych technologii, które ułatwiają im spełnianie wymogów nakładanych przez ustawodawców.

Wykorzystanie niedrogich sieci IoT, odpornych na trudne warunki, bezprzewodowych sensorów i mobilnych bramek sprawia, że śledzenie transportowanych towarów staje się prostsze i bardziej niezawodne. Pakunki wyposażone w sensory mogą komunikować się ze stacjami kontrolnymi. Operatorzy są w stanie w czasie rzeczywistym nadzorować warunki transportu, zamiast polegać na niebezpośrednich, opóźnionych i być może błędnych informacjach ze skanerów i danych ręcznie wpisywanych przez pracowników.

Korzyści płynące z wykorzystania Internetu Rzeczy są liczne. Można np. uniknąć wielu kosztów, związanych z marnowaniem paliwa, przestojami ciężarówek, problemami z kierowcami i psuciem się przewożonych towarów. Jednocześnie można zwiększyć zyski dzięki przekierowywaniu towarów do alternatywnych destynacji, wraz ze zmianami warunków rynkowych, związanymi z wydarzeniami dziejącymi się w trakcie trwania transportu.