Container 4.0:Transporte inteligente em alto mar

Em todo o mundo, um terço de todos os alimentos estraga antes mesmo de chegar ao consumidor. De acordo com a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, isso chega a 1,3 bilhão de toneladas. Uma proporção significativa disso se deve à perda de qualidade das mercadorias durante o transporte. Nos países em desenvolvimento, até 40% dos alimentos morrem durante o transporte.

Existem várias razões para isso, como condições variáveis ​​de colheita, o tempo entre a colheita e o resfriamento ou desvios de temperatura local em contêineres refrigerados ou em veículos. Tudo isso pode comprometer a qualidade dos alimentos frescos.

A boa notícia é que o monitoramento adicional da qualidade dos produtos não só permite que esses problemas sejam resolvidos, mas também abre possibilidades completamente novas para o gerenciamento de transporte e armazenamento. Integrar essas ideias em processos logísticos é o objetivo de um consórcio formado por 22 parceiros da indústria e da pesquisa e financiado pelo Ministério Federal da Educação e Pesquisa da Alemanha (BMBF). A tarefa é tornar os contêineres de transporte inteligentes, o que por sua vez depende do desenvolvimento e teste de campo de tecnologias de sensores adequadas. Estive envolvido neste projeto de introdução do middleware IoT da Bosch e, no artigo a seguir, gostaria de fornecer algumas dicas sobre nosso trabalho.

Abordagem e implementação da solução:permitindo a comunicação do navio para a costa

Ficou claro desde o início que se quiséssemos tornar um contêiner inteligente e autônomo, teríamos que superar uma série de obstáculos técnicos. Em colaboração com o DOLE, realizamos três testes de contêiner inteligente com foco no monitoramento e subsequente amadurecimento das bananas. As bananas foram embaladas na Costa Rica e algumas das caixas de embalagem foram equipadas com sensores sem fio. Depois que 20 paletes foram carregados no contêiner inteligente, o monitoramento remoto começou. As bananas foram então levadas para o porto de caminhão (cerca de quatro horas), após o que passaram duas semanas inteiras sendo transportadas para Antuérpia por via marítima. Durante esse tempo, pudemos ajustar remotamente as configurações do ponto de ajuste e a taxa de ventilação de ar fresco. Após a chegada, o contêiner foi transportado em caminhão de Antuérpia para Hamburgo (um dia).

O termo 3G significa a terceira geração de tecnologia de telecomunicações móveis sem fio. Em comparação com as gerações anteriores, é caracterizado por um desempenho de Internet mais rápido.

Para estabelecer o acesso remoto ao contêiner, tivemos que otimizar o que antes era uma comunicação limitada do contêiner de volta à terra. Até então, a comunicação só era possível via 3G quando o contêiner estava no caminhão - ou por satélite quando o contêiner estava no mar. Não havia largura de banda disponível para uma conexão em nuvem. Então, desenvolvemos uma unidade de supervisão de carga (FSU) e colocamos no contêiner. Esta unidade foi projetada para criar uma interface entre uma rede de sensores internos e comunicação externa. Ao mesmo tempo, o FSU fornece uma plataforma que pode ser estendida com flexibilidade para avaliar quaisquer falhas nas mercadorias e nas condições em que estão sendo transportadas. Podemos carregar remotamente um pacote de software contendo um modelo de vida útil personalizado ou ferramenta de suporte à decisão para corresponder ao tipo de mercadoria envolvida.

Aplicação IoT:usando sensores de temperatura e etileno

Pegamos a plataforma de software JAVA (que consiste na estrutura OSGi da Bosch.IO e a Jamaica Virtual Machine da AICAS) e fizemos os ajustes necessários para que funcionasse com o sistema de destino. Pudemos testar a funcionalidade do sistema de comunicações durante vários testes de navio e caminhão na rota de Porto Rico a Hamburgo. Para estabelecer o prazo de validade exato das bananas, temos que medir a temperatura dentro da embalagem - ou seja, dentro das caixas de embalagem e paletes. Deve haver pelo menos 10 a 20 pontos de medição para registrar os desvios de temperatura locais. Para garantir uma comunicação confiável, também precisamos encaminhar os dados por meio de vários saltos entre os sensores herméticos e à prova de umidade. Desta forma, podemos controlar o resfriamento das bananas. Aos 11 graus, que é uma temperatura adequada para a fruta, temos uma luz verde. Assim que a temperatura muda, uma intervenção remota é feita e um alerta é enviado. O sinal de emergência é enviado para o backend, e o cliente (neste caso, DOLE) pode ser informado diretamente.
Os sensores nas caixas de embalagem monitoram as condições e permitem ajustá-las a tempo, se necessário.

Benefícios do projeto IoT

O cliente agora se beneficia por poder reagir rapidamente e, em caso de perda de qualidade, solicitar novos produtos em tempo hábil. Anteriormente, os clientes descobriam que tinham mercadorias inutilizáveis ​​apenas quando a remessa chegava ao porto. Os processos logísticos estão se tornando menos sujeitos a erros e muito mais ágeis. Antes dos contêineres serem equipados com sensores, era comum que até 30 por cento das mercadorias fossem perdidas. Em contêineres inteligentes, a taxa de perda é de apenas 20%. As vantagens são que a qualidade das mercadorias é constantemente monitorada e, consequentemente, melhorada, as perdas são reduzidas e um processo logístico ágil é criado.

As medições dos sensores sem fio foram transferidas via satélite diariamente. A primeira estimativa de vida verde, calor respiratório e eficiência de resfriamento foi calculada após três dias. Se uma correção fosse necessária posteriormente, os novos valores eram enviados imediatamente - especialmente se parecia que a mercadoria estava em perigo. Assim que uma rede móvel ficou disponível nas proximidades do porto, todos os dados puderam ser acessados ​​por meio de uma interface web.

Sensores agregando valor às aplicações IoT

O etileno é um hidrocarboneto, um gás inflamável incolor, amplamente utilizado na indústria química. É também um importante hormônio vegetal natural, usado na agricultura para promover o amadurecimento das frutas.

Além do monitoramento da temperatura, também desenvolvemos a tecnologia do sensor de etileno. Quando as frutas climatéricas são expostas a uma determinada concentração de etileno, elas começam a amadurecer. Assim que amadurecem, eles, por sua vez, produzem etileno. Ao mesmo tempo, a quantidade de etileno que as frutas emitem nesse processo depende do seu grau de maturação - sendo, portanto, fundamental para o monitoramento de sua qualidade. Foi no decorrer desse projeto que a medição direta da concentração de etileno tornou-se possível.

Ao equipar os contêineres de embarque com sensores, podemos não apenas ser mais precisos sobre a localização das mercadorias, mas também monitorar e avaliar em que condições estão. Estamos considerando um projeto de acompanhamento que examinará todo o processo logístico - desde o carregamento do contêiner para entrega no supermercado. A ideia é oferecer novos serviços em colaboração com operadores portuários e fornecedores de logística. Para tanto, os próprios bens devem se tornar parte da Internet das Coisas. Dessa forma, eles retransmitirão informações por todos os sistemas e etapas do processo e se tornarão parte integrante de cada etapa do processo. Por sua vez, eles podem ser totalmente incorporados às estruturas de processo de uma empresa sem qualquer intervenção manual adicional para adaptar os produtos ao seu ambiente. Cada nível estrutural dentro de um sistema completo precisará ser capaz de atender a esses requisitos - desde tecnologia de sensor, gateways de comunicação, gerenciamento de dispositivo baseado em nuvem, até os sistemas de processos de negócios das empresas.

A Indústria 4.0 já está associada à digitalização contínua e à integração da produção industrial com as modernas tecnologias de informação e comunicação. Agora, como parte da Logística 4.0, esses mesmos fatores também abrem oportunidades completamente novas e um vasto potencial no transporte marítimo ao longo de toda a cadeia de valor.