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Cap. IV – Generalità sui terminal portuali
IV.1 Introduzione
In linea generale un terminal portuale è un assimilabile ad un terminal intermodale che ha, in più rispetto a quelli strada-rotaia visti nel capitolo III, la componente relativa al trasporto su nave.
Nello specifico, quindi, un terminal portuale per contenitori può essere considerato come formato da quattro sottosistemi:
• Il landside (o gate buffer) e il quayside (o quay crane buffer), ovvero il Gate e la
Banchina, che rappresentano l‟interfaccia tra il terminal ed il mondo esterno e sono le
porte, ferroviarie o stradali, attraverso le quali i container entrano e lasciano il terminal; • Lo storage yard, cioè il piazzale, dove i container, in attesa di trasbordo o di proseguire il loro viaggio via terra, sono stoccati;
• Il cargo handling system, che è costituito da una rete di mezzi per la movimentazione dei container all‟interno del terminal.
43 A seconda della tipologia di traffico è possibile distinguere i terminal portuali in:
• import, in cui il flusso di container è banchina-piazzale-gate; • export, in cui il flusso di container è gate-piazzale-banchina;
• import-export, in cui vi è il duplice flusso di container banchina-piazzale-gate e viceversa;
• transshipment, in cui il flusso di container è banchina-piazzale-banchina.
Al fine di descrivere la struttura di un terminal portuale e la tipologia di mezzi per la movimentazione dei container, è utile seguire il flusso di container da una delle interfacce all‟altra. I container che giungono via mare o via terra sono scaricati e trasferiti verso specifiche aree del piazzale, dalle quali in seguito verranno prelevati per il trasbordo, ovvero per la prosecuzione del trasporto via mare, o per essere caricati su camion o convogli ferroviari.
Schema di rappresentazione del flusso di container all’interno di un terminal portuale
I container possono essere stoccati su pile o su telai metallici; quest‟ultima soluzione permette l‟accesso diretto al container in fase di prelievo dal piazzale, ma necessita di ampi spazi ed inoltre è molto costosa a causa delle infrastrutture necessarie. Il piazzale è suddiviso per aree, a seconda della tipologia dei container e del loro contenuto, e le aree in blocchi. Generalmente si ha l‟area di import, quella di export, quella per i container refrigerati, per i vuoti, per i fuori sagoma ed infine per i container con merce pericolosa. All‟interno di ciascun blocco la posizione di un container è identificata dalla tripla (fila, riga, tiro).
IV.2 Definizione dei mezzi di movimentazione portuali tradizionali
Durante il tragitto banchina-piazzale-gate (o viceversa) i container subiscono due tipologie di movimentazioni: verticale ed orizzontale. Abbiamo già visto nel capitolo III i principali
44 mezzi di movimentazione per i terminal intermodali; rivediamo in breve nei paragrafi successivi le caratteristiche di quelli utilizzati specificamente nei terminal portuali.
IV.2.1 I mezzi per la movimentazione verticale
Abbiamo già parlato nel capitolo II dei mezzi per il sollevamento dei container, quali carrelli elevatori e gru, su gomma (Rubber Tyred Gantry - RTG) o su rotaia (Rail Mounted
Gantry - RMG). Sono dotate di un carrello (trolley), cui è connesso il sistema di aggancio
dei container (spreader).
Le gru di banchina (quay crane) invece sono generalmente di tipo RMG e si distinguono in base alla loro capacità di operare su navi di tipo Panamax,
Post-Panamax,Super-Post-Panamax e possono essere equipaggiate di un secondo carrello (dualtrolley).
Gru di banchina
In questo caso il primo carrello muove il container dalla nave su di una piattaforma, il secondo termina l‟operazione, automaticamente, spostando il container dalla piattaforma a terra o su di un veicolo. Le più moderne sono dotate di spreader capaci di agganciare contemporaneamente due container da 20 piedi (twin-lift spreader). La produttività delle gru di banchina, che è uno dei più importanti indicatori di efficienza di un terminal, si misura in moves per ora. Valori tipici di questo parametro sono nel range 22-30 moves/h.
45 Hanno dimensioni variabili a seconda del tipo di nave che servono e delle dimensioni richieste in piazzale dall‟operatore portuale; di seguito si riporta una scheda di una gru di banchina tipica:
46 Le gru di piazzale possono essere di tipo gantry (RMG o RTG) oppure a ponte. Rispetto alle gru di tipo gantry, le gru a ponte sono facilmente automatizzabili, possono servire aree di piazzale più ampie e impilare i container ad altezze superiori. Di contro un fermo di una di esse causa il blocco del traffico di container su tutta l‟area di piazzale su cui la gru opera.
Gru di Piazzale di tipo RTG
La produttività delle gru di piazzale RTG varia nel range 20-35 moves/h. Hanno dimensioni variabili a seconda dello schema di trasferimento utilizzato per la movimentazione delle unità di carico sotto portale (vedi capitolo III) ; di seguito si riporta una scheda di una gru di piazzale tipica:
47 Scheda tecnica gru di piazzale - Fonte: www.liebherr.com
Lo sviluppo tecnologico degli ultimi anni ha posto al centro dell‟attenzione una sempre maggior automazione delle attrezzature di movimentazione, al fine di ridurre il personale a
48 terra, di migliorare le condizioni di sicurezza degli operatori e di incrementare la produttività.
Anche all‟interno delle RTG e delle RMG esistono delle varianti “automatizzate”; per quanto riguarda le gru su ruote gommate si parla anche di ETT (electric tyre transtainer), gru gommate mosse tramite dispositivi elettrici, mentre per quanto riguarda le gru su rotaia si parla di ARMG (o ART automated rail transtainer), gru su rotaia automatizzate.
In alcuni terminal moderni, come ad esempio quello CTA di Amburgo, alle ARMG si affiancano una famiglia di gru transtainer, dette ASC (automatic stacking crane).
Automatic stacking cranes – Fonte: www.gottwald.com Le ASC hanno alcune caratteristiche simili alle ARMG: entrambe sono gru a portale su rotaia automatizzate e garantiscono una produttività che varia tra i 25 e i 35 moves/h. La grossa differenza sta nel fatto che le ASC non sono dotate di sbraccio esterno al portale, funzionano esclusivamente nei piazzali di stoccaggio (mentre le ARMG possono essere utilizzate anche per i gate ferroviari), e che sono utilizzate esclusivamente per uno stoccaggio secondo cui i mezzi terrestri (camion, AGV o straddle carrier) si fermano in piazzali posizionati alle estremità dell‟area, sia lato mare che lato terra, e aspettano che le ASC prelevino il container e lo portino all‟interno dell‟area di stoccaggio.
49
Schema di stoccaggio per ASC
IV.2.2 I mezzi per la movimentazione orizzontale
I mezzi per la movimentazione orizzontale dei container possono essere suddivisi in mezzi
attivi e passivi, a seconda della capacità o meno del veicolo di effettuare l‟operazione di
sollevamento del container. I mezzi passivi sono i camion con rimorchi (trailer) e gli AGV (Automated Guide Vehicle); questi ultimi viaggiano lungo percorsi predefiniti in maniera automatica. L‟uso di mezzi passivi necessita di un elevato sincronismo tra l‟operazione di trasporto da e verso la banchina e le operazioni di scarico/carico al piazzale ed alla banchina stessa.
50 Infatti ogni volta che una gru di banchina, ad esempio, effettua l‟operazione di scarico, un AGV deve essere pronto nelle sue vicinanze affinché la gru possa rilasciare il container su di esso e proseguire con lo scarico. Sul funzionamento degli AGV e del coordinamento tra banchina e piazzale se ne parlerà diffusamente nei prossimi paragrafi.
Analogo sincronismo esiste nelle operazioni di piazzale. Al contrario nel caso di mezzi attivi, come gli Straddle Carrier, le operazioni di trasporto e quelle di carico/scarico sono disaccoppiate. Infatti, grazie alla peculiarità di questa famiglia di veicoli, le gru terminano l‟operazione di scarico rilasciando i container direttamente sul terreno, in una zona che funge da buffer e non sono costrette all‟inoperosità.
Straddle Carrier
Come già accennato nel capitolo III, uno straddle carrier è una gru mobile, e come tale è capace di movimentare ed impilare i container, sebbene ad altezze di stack limitate. Lo svantaggio principale degli straddle carrier, rispetto ai mezzi passivi, consiste nel fatto che sono lenti negli spostamenti orizzontali ed inoltre il loro raggio di azione è limitato a 500-600 metri. La bassa velocità degli straddle carrier rappresenta un grave limite per i terminal portuali moderni. Infatti all‟aumento delle dimensioni delle navi portacontainer si è affiancato l‟aumento delle dimensioni delle gru di banchina e delle loro performance produttive, con lo scopo di fornire servizi più efficienti, per cui la produttività degli attuali Straddle Carrier è inferiore a quella delle gru di banchina e ciò può provocare tempi d‟ozio
51 forzato per le gru, nonostante le due tipologie di macchine lavorino in maniera asincrona. Alla famiglia dei mezzi attivi appartengono anche gli shuttle carrier, variante più agile degli straddle carrier, i reachstacker e i forklift, di cui è già stato dato un cenno nel capitolo III e che vengono utilizzati prevalentemente per la movimentazione dei container leggeri o vuoti.
IV.2.3 Organizzazione delle aree di stoccaggio
L‟
organizzazione del layout dell‟area di piazzale dipende fondamentalmente dal tipo di movimentazione utilizzato per spostare i container dalla “quayside” alla “storage yard”.Sistema di movimentazione: con “Straddle-carrier”, i contenitori sono stoccati in direzione perpendicolare alla banchina. Nella movimentazione da area di banchina ad area di stoccaggio il carrello cavaliere è utilizzato in “pull in – pull out mode”: i carrelli cavalieri svolgono movimenti pendolari. Questo tipo di disposizione tende a minimizzare la distanza di trasferimento, ma richiede d‟altra parte un controllo degli itinerari.
Sistema di movimentazione: con “Straddle-carrier”, in questo caso, i contenitori sono stoccati in direzione parallela alla banchina Il carrello cavaliere è utilizzato in “loop mode”: i carrelli cavalieri si spostano su un circuito chiuso (“loop”) passando sotto la gru di banchina e andando all‟area di deposito. In questo caso il percorso è più lungo, rispetto al “pull in – pull out
Schemi con “Straddle carrier”- Fonte: Dalla Chiara B.,”Sistemi di Trasporto Intermodali: Progettazione ed Esercizio”, Egaf 2009
52 mode”, ma ci sono meno interferenze fra i veicoli.
Sistema di movimentazione: con
Rubber Tyred Gantry
Crane”(RTG), la movimentazione nell‟area di stoccaggio è ad alta densità, mentre la movimentazione dall‟area di banchina all‟area di stoccaggio è eseguita da trattori che trainano semirimorchi.
IV.3 Individuazione dello schema funzionale di import/export delle merci
Abbiamo appena visto l‟organizzazione delle aree di stoccaggio e dello smistamento dei container in funzione delle attrezzature portuali in dotazione. Per quanto riguarda invece la gestione dei container al di fuori del terminale, sia in import che export, e in particolare per il trasporto su rotaia, ci si riconduce ad uno schema fondamentale che individua le aree e le strutture portuali necessarie per garantire un servizio efficiente e diversificato delle merci a seconda del vettore utilizzato e della destinazione.La catena import/export è gestita attraverso le fasi elencate e le strutture evidenziate nell‟immagine seguente:
1) Scarico della nave: quando una nave arriva al porto, il terminalista procede all‟organizzazione dello scarico della merce. Il terminalista organizza il proprio personale di terra dove si rende necessario al fine di trasportare successivamente i container su treno, camion o temporaneamente nell‟area di stoccaggio.
2) Spedizionieri: i movimenti di un container sono effettuati su richieste da parte del proprietario del carico, o da una società professionale nota come spedizioniere. Lo spedizioniere fornisce indicazioni al terminalista e contatta le compagnie di trasporto o le imprese ferroviarie per trasportare i propri container al di fuori del porto.
Schema con RTG - Fonte: Dalla Chiara B.,”Sistemi di Trasporto Intermodali: Progettazione ed Esercizio”, Egaf 2009
53 3) On - dock railyard (area ferroviaria su banchina): i container possono essere posizionati direttamente sui treni al terminal marittimo sui binari “on-dock”. L‟area ferroviaria di banchina è gestita dal terminalista. Questo metodo di trasporto è il migliore dal punto di vista ambientale, perché riduce il traffico su gomma e l‟inquinamento generato dal movimento di beni sulle strade di accesso al porto. Uno svantaggio è dato dal fatto che l‟area ferroviaria può occupare buona parte dell‟area di stoccaggio dei container, e questo crea uno svantaggio per la capacità del terminal e del porto. Ma con un‟attenta pianificazione delle aree si possono ridurre al minimo tali vincoli di capacità ed, anzi, creare una migliore efficienza per gli scambi intermodali.
4) Near-dock railyard (area ferroviaria nei pressi della banchina): l‟area ferroviaria near-dock si trova al di fuori del terminale marittimo e richiede un breve trasferimento di merci in camion o in treno tramite tradotta. Tale area è distante dal terminal portuale tra i 5 e gli 8 km. Il vantaggio di un terminal near-dock è la capacità di poter comporre treni che trasportano merci in modo efficiente a specifiche destinazioni in tutto il paese, senza occupare spazi all‟interno del terminal portuale.
5) Off - dock railyard (area ferroviaria lontana dalla banchina): l‟area ferroviaria off-dock è usata per coordinare le spedizioni via ferrovia verso le destinazioni più lontane. I container sono trasportati all‟off-dock via camion, e successivamente raggruppati nell‟area di stoccaggio in base alla loro destinazione finale. Queste aree ferroviarie gestiscono sia i container movimentati dal porto che quelli provenienti da altre infrastrutture locali. Solitamente un terminal ferroviario off-dock è inserito all‟interno di un terminal intermodale più ampio, e/o in un‟area retroportuale ben collegata anche alla rete stradale.
6) Area di trasbordo e di stoccaggio: i container spesso sono spostati in una struttura di “trasbordo” dove i lavoratori scaricano la merce dal container arrivato via mare, dividono la merce e la imballano nuovamente in nuove unità di carico, quali ad esempio semirimorchi o autoarticolati. Tali rimorchi sono utilizzati per trasportare le merci dalla struttura di trasbordo ai centri di distribuzione regionale, magazzini locali o aree ferroviarie off-dock.
7) Spedizione diretta: nei piani di trasporto più semplici, un singolo container importato da una compagnia per uso proprio può essere spedito direttamente tramite camion dal terminal marittimo a un magazzino locale o una fabbrica.
54 Schema di import/export delle merci via ferrovia – Fonte: www.portoflosangeles.org
55
IV.4 Studio dei moderni sistemi di tracciabilità dei container
Negli ultimi anni la sempre maggior richiesta di velocizzare le procedure di trasporto intermodale espressa al fine di ridurre i tempi di permanenza delle merci all‟interno della catena logistica ha reso evidenti alcune fondamentali esigenze:
1. Rapidità e riduzione dei costi operativi 2. Tracciabilità del container
3. Controllo e Compatibilità con le norme vigenti
4. Interoperabilità delle tecnologie applicate nei diversi terminal
L‟evoluzione del business intermodale, le richieste dei clienti e il mercato impongono: - Tempi sempre più rapidi, intesi come tempi di trasferimento completo, a
prescindere dalla tipologia di trasporto utilizzato, dal punto di produzione al punto di destinazione
- Costi sempre più ridotti, intesi come minor costo possibile della somma delle singole tratte a parità di risultato complessivo
Questo comporta l‟esigenza di sistemi che consentano la pianificazione, ottimizzazione e gestione dei piazzali, delle operazioni, dei movimenti nei porti, nelle tratte di movimentazione, nei punti di intercambio. Nell‟ultimo decennio sono stati messi a punto software di gestione del terminal, che permettono di pianificare, gestire e controllare tutte le operazioni in corso. Tali software hanno semplificato non poco le procedure e ridotto il numero di operatori presenti in piazzale.
Sistemi di gestione per piazzali, terminal navi, treni e camion
La seconda esigenza è la tracciabilità in tempo reale della merce nei singoli step della catena logistica; in questo ambito la tecnologia di oggi aiuta enormemente, con soluzioni tecnologicamente avanzate, ormai consolidate e a costi sostenibili:
56 • GPS per tracking treni e camion
• RFID (identificazione a radio frequenza) per tracking container
• GPS e RFID per associazione treno/container e camion/container e gru/container • Web Services e reti Wireless per la comunicazione in tempo reale di tali informazioni • Applicazioni mobile per gestioni real-time e distribuite
Antenne e tag per tracking
Il terzo elemento riguarda il controllo dell‟integrità della merce (in primis il container) e della chiusura dello stesso. Ad oggi questo è stato uno dei punti critici in termini di tempi di gestione e di concorrenzialità.
L‟evoluzione della normativa EU e la maturazione tecnologica consentono oggi la sperimentazione in produzione di nuovi sigilli RFID, che possono conservare e trasferire le informazioni necessarie.
Inoltre il completamento delle reti wireless nei piazzali e l‟integrazione con sistemi web consente la messa a disposizione di tali informazioni in tempo reale rispetto a terzi interessati, quali ad esempio le dogane, la guardia di finanza, i partner operativi o i clienti.
57 Il quarto aspetto che riteniamo strategico riguarda l‟apertura dei sistemi ad una interoperabilità tra tutti gli elementi della catena logistica e la compatibilità e coerenza con gli standard internazionali. In questo ambito la pianificazione ed ottimizzazione dei trasporti tramite software evoluti, l‟utilizzo di sigilli e tag compatibili con gli standard citati, la comunicazione in tempo reale di tali informazioni (all‟operatore ferroviario, alle dogane, ai partner di trasporti via gomma, ad altri stakeholder) consentono un enorme recupero di tempi e costi.
Sistemi di gestione dei clienti
IV.5 Definizione dei moderni sistemi di movimentazione e ACT
La crescita del trasporto mondiale di container ha costretto i principali porti mondiali a prevedere delle infrastrutture capaci di sostenere tali incrementi di traffico, specie nei porti del Sud-Est asiatico.
Per movimentare questa quantità considerevole di TEU, le compagnie di trasporto navale sono state costrette a ordinare navi più veloci, più grandi e con pescaggio maggiore, arrivando a navi fino a 11000 TEUs di capacità di carico, come ad esempio la “Emma Maersk”. L‟incremento di traffico navale, e il conseguente ampliamento delle dimensioni della flotta navale, ha costretto le autorità portuali a trovare dei sistemi di movimentazione di container in banchina più efficienti a parità di dimensioni del terminal, al fine di migliorare la produttività.
Come visto nel paragrafo precedente, l‟applicazione delle tecnologie informatiche, le tecniche di ottimizzazione e sviluppo gestionale delle attrezzature portuali sono considerate soluzioni che non richiedono troppi investimenti dal lato delle infrastrutture e che possono incrementare la produttività. Altre strategie e studi in corso sono finalizzati alla ricerca di algoritmi che minimizzano i tempi di sosta delle navi al porto, altri propongono nuove tecnologie di procedure operative, altri propongono centri dedicati al trasbordo, allo stoccaggio e alla distribuzione di beni, altri infine dimostrano che la potenzialità del
58 terminal può essere notevolmente incrementata con l‟utilizzo di veicoli a guida automatica (AGV).
Sul tema dei veicoli a guida automatica si è concentrata la maggior parte della ricerca e dell‟applicazione nei terminal container automatizzati (ACT), che sono i potenziali candidati per l‟incremento delle performance dei terminal attuali. I recenti sviluppi in elettronica, sensori, tecnologie informatiche e automazione rendono tecnicamente fattibili lo sviluppo di terminal completamente automatici. Questo è dimostrato dal fatto che il porto di Rotterdam sta operando come ACT usando AGV e gru di piazzale automatiche per movimentare container così come il porto di Singapore e quello di Amburgo.
Il layout di un terminale ACT è simile a quello già visto nel paragrafo introduttivo sui terminal tradizionali. Esso è costituito quindi generalmente da quattro elementi: gate buffer (zona di ingresso e di accesso dei camion), container storage yard (area di stoccaggio container), train buffer (fascio ferroviario di carico/scarico treni), quay crane buffer (area di carico/scarico container da navi tramite gru di banchina).
Layout di un ACT
Il gate buffer è disegnato per interfacciare le operazioni manuali (che avvengono sul lato esterno al terminale) con quelle automatizzate (interne al terminale), sia per motivi di sicurezza che per motivi di efficienza e produttività. Aiuta a ridurre i tempi di attesa dei camion, i quali provvedono ad uno stoccaggio temporaneo sia dei container esportati che di quelli importati. Il train buffer è l‟area prospiciente al treno dove avviene il carico e lo scarico tra gli AGV e il binario.
Il layout dell‟ACT e le sue caratteristiche come la capacità di stoccaggio, il numero di corsie al gate di ingresso, il numero di ormeggi, il numero di gru di banchina ecc, sono
59 calcolati in base al massimo volume atteso di container così come dalle caratteristiche delle attrezzature di banchina.
IV.6 AGV-ACT
IV.6.1 Automated Guided Vehicle (AGV)
Come già detto brevemente nel paragrafo IV.2.2, un AGV è un veicolo guidato da un sistema di controllo automatico che sostituisce il guidatore. I sensori sul piazzale e il sistema a bordo del veicolo danno informazioni sulla posizione e sulla velocità del veicolo che sono usate dal sistema di controllo automatico per generare i comandi appropriati, quali ad esempio far accelerare o frenare il veicolo, al fine di seguire una posizione ben precisa, nonché una velocità e una traiettoria corretta.
Design di un AGV, caratteristiche tecniche – www.gottwald.com
Gli AGV sono considerati il più flessibile tipo di sistema di movimentazione, usato anche per diverse applicazioni industriali.
Il sistema AGV per un terminal portuale è composto dal veicolo, dal sistema di controllo a bordo, dal sistema di management, dal sistema di comunicazione e dal sistema di navigazione.
60 - Il sistema di controllo a bordo è responsabile delle procedure di avvio e di spegnimento del veicolo. Provvede alla propulsione, alle manovre, alle frenate e ad altre funzioni. Monitora e provvede a trovare errori, e successivamente dà comandi necessari alla loro correzione.
- Il sistema di management si occupa della pianificazione, della gestione e del controllo del traffico. È responsabile dell‟ottimizzazione dell‟utilizzo del veicolo, dando ordini relativi al trasporto quali spedizioni e itinerari.
- Il sistema di comunicazione è usato per trasmettere i dati elaborati dal sistema a bordo dell‟AGV ad una cabina di controllo centrale e viceversa.
- Il sistema di navigazione provvede alla guida e alla navigazione dell‟AGV nell‟ambienta di lavoro. La guida e la navigazione possono essere basata su un sistema a vie fisse o libere.
Nella modalità a vie fisse, l‟AGV è costretto a seguire dei percorsi prefissati e non c‟è flessibilità nel poter cambiare traiettorie. Esempi di vie fisse includono binari, cavi o altri tipi di guide.
Schema di un sistema AGV a vie fisse – Fonte: “Advanced material handling: Automated guided vehicles in agile ports” Nel metodo a vie libere, le traiettorie dell‟AGV possono essere cambiate in modo dinamico. Il sistema è autonomo e capace di individuare il percorso usando informazioni in real-time, individuando gli ostacoli e le possibili cause di collisione.
Nei terminal container, gli AGV possono essere usati per rimpiazzare i camion guidati manualmente che trasportano i container all‟interno del terminal, essendo però più veloci e più efficienti, incrementandone così l‟efficienza e riducendone i costi del lavoro.. In questa
61 applicazione, gli AGV sono camion industriali automatici, che possono essere spinti o da motori elettrici e batterie o da motori diesel.
L‟impiego degli AGV nei terminal container sta nella loro capacità di raggiungere i seguenti benefici:
- Alta produttività
- Operazioni continue: 24 h al giorno, 365 gag all‟anno - Alta controllabilità e affidabilità
- Alti standard di sicurezza
- Operazioni di movimentazione dei container automatiche - Costi ridotti di operazioni, specialmente di manodopera - Alta precisione di posizionamento
IV.6.2 Sviluppi di ricerca degli AGV applicabili ai porti
Sistema di management. Il traffico degli AGV viene gestito in due modi, o con sistema detto “central traffic control” (CT-control) e quello detto “distributed traffic control” (DT-control). Il CT-control fa riferimento a un sistema dove tutti i movimenti nel porto sono direttamente gestiti e guidati da una sala di controllo centrale. Questo metodo è usato ad esempio nell‟ECT Delta Port Terminal di Rotterdam. Nel DT-control gli AGV e un numero possibile di aree critiche sono dotati di una forma di intelligenza che prende decisioni sui movimenti e sulla risoluzione di conflitti. In questo caso, le comunicazioni con gli AGV sono ridotte a istruzioni incidentali e il controllo completo si riduce ad una coordinazione completa. Nel caso che le informazioni da trasmettere siano elevate a causa degli alti volumi di traffico, è consigliabile il DT-control al posto del CT-control. Infatti, l‟uso di un sistema “intelligente” su ogni AGV riduce il carico di informazioni da gestire per il sistema di controllo centrale.
Movimentazione dei container. In molti terminal container, i veicoli devono aspettare un certo periodo di tempo prima di essere serviti da una gru di banchina o da uno straddle carrier. Per ridurre questi tempi di attesa, un recente idea di sviluppo è quella di un veicolo AGV che può caricare e scaricare il container da solo, senza attendere la gru. Questo tipo di veicolo, detto Lift AGV, può essere ideale per un terminal che al massimo ha due file di container di altezza.
62 Lift AGV
Sistema di navigazione. Il sistema a GPS differenziale (DGPS) può servire come sistema di navigazione per gli AGV. Questo sistema ha un‟accuratezza di 5 cm, un costo di installazione relativamente basso e richiede poche modifiche per l‟area di stoccaggio. Il DGPS può fornire un sistema di navigazione a vie libere per gli AGV utilizzati nei terminal container.
IV.6.3 Tecnologie di controllo e trasmissione dati sui container
Un container, per essere correttamente movimentato, ha bisogno di essere identificato e monitorato diverse volte durante il suo passaggio attraverso il terminal: al gate sia in ingresso che in uscita, quando il container è spostato all‟interno del terminal, e quando entra o esce dallo stesso attraverso una nave o un treno. Abbiamo già visto nel paragrafo IV.4 i moderni sistemi di tracciabilità dei container, applicabili anche ai terminal di tipo tradizionale.
Per quanto riguarda gli ACT, esistono dei sistemi tecnologici di identificazione automatica (detti AIT: “automatic identification technology”), che hanno come obiettivo il ridurre costi facilitando la raccolta di dati accurati ed evitando gli errori umani. Le tecnologie più comuni di AIT per sistemi ACT sono riassunte nello schema sottostante:
Tecnologia Distanza
coperta
Punti di forza Punti di debolezza
Codici lineari a barre
Breve raggio Economici, disponibili, ampiamente utilizzati nelle tecnologie commerciali Nessuna possibilità di aggiornamento, vulnerabili al danno, richiesta di dati di preposizionamento, presenza di operatori richiesta
63 ridondanza, durabili,
dati di
preposizionamento non richiesti, scanner abilitati alla lettura anche di codici lineare a barre
presenza di operatori richiesta.
Memory card ottiche
A contatto Capaci di resistere alle intemperie, economiche Trasferimento lento di dati, presenza di operatori richiesta RFID passivo (identificazione su radiofrequenza)
Fino a 70 m Trasferimento veloce di dati, nessuna batteria richiesta, capacità di leggere/scrivere dati, duraturo nel tempo, riutilizzabile, secondo gli standard delle applicazioni commerciali nel trasporto Abbastanza costoso RFID attivo (identificazione su radiofrequenza)
Fino a 90 m Riutilizzabile, capacità di leggere/scrivere dati, duraturo nel tempo, non necessita di operatori Richiede batterie, abbastanza costoso Sistema di tracciamento satellitare
Lungo raggio Precisione nel trasporto, due modi di
comunicazione, capace di ridirezionare il veicolo in pochi secondi, non necessita di operatori
Costoso, ogni veicolo necessita di attrezzatura per trasmettere
comunicazioni dal mezzo al sistema di controllo
Per quanto riguarda le tecnologie di comunicazione, i sistemi tradizionali non possono supportare la mobilità desiderata per monitorare e controllare il gran numero di container in un terminal moderno. Per raggiungere questo sistema di controllo, è essenziale avere una comunicazione continua in tempo reale che lega i vari componenti all‟interno del sistema. Questo significa avere un efficiente monitoraggio della posizione delle attrezzature e della posizione dei container all‟interno del terminal, che può avvenire solo con comunicazioni wireless. Per i sistemi AGV sono utilizzate in particolare due tecnologie: la comunicazione di dati in radio frequenza (Radio Frequency Data Communication – RFDC) e l‟intercambio elettronico di dati (Electronic Data Interchange – EDI). Il primo sistema fornisce comunicazioni dirette in real-time tra i computer del sistema di controllo centrale e le attrezzature portuali in piazzale, trasmettendone i
64 movimenti o il tipo di impiego. Il secondo sistema invece trasmette dati da un computer a un altro in un linguaggio che non prevede l‟interfaccia e l‟intervento umano.
IV.6.4 Layout di un sistema AGV-ACT
Schema di un sistema AGV a vie fisse – Fonte: “Advanced material handling: Automated guided vehicles in agile ports” In questo terminal vi sono due tipi di corsie: corsie di transito e corsie di carico/scarico. Le corsie di transito sono evidenziate da linee tratteggiate mentre quelle di carico/scarico da linee continue. Sulle corsie di transito non è permesso il carico e lo scarico e tali corsie sono usate dagli AGV per spostarsi da un punto all‟altro del terminal. Una strada di 4 corsie separa l‟area di stoccaggio export da quella di import. Ogni area di stoccaggio è divisa in blocchi e circondata da strade di transito che creano un accesso diretto tra il gate buffer e la banchina senza lo stoccaggio intermedio nell‟area, così come per il train buffer. Il terminal opera come segue: un camion arriva al gate, fa il check-in e si muove lungo il gate buffer nel quale il container viene prelevato da una gru transtainer; a questo punto il camion o esce dal gate o viene nuovamente caricato al buffer prima di uscire. La gru transtainer del gate buffer carica il container direttamente su un AGV o, se l‟AGV non è disponibile, lo stocca temporaneamente. Un container in export caricato su un AGV al gate
65 buffer è o trasferito direttamente a una gru di banchina per essere poi caricato sulla nave, o è trasferito in uno specifico settore dell‟area di stoccaggio per essere poi scaricato da una gru transtainer e stoccato nell‟area. Allo stesso modo, un AGV caricato con un container import da una gru di banchina trasferisce il container stesso o all‟area di stoccaggio o al gate o al train buffer. Al train buffer, la gru transtainer carica e scarica i container tra l‟AGV e il treno.
Un sistema centrale di controllo con un sistema di management sincronizza tutte le operazioni. Le tecnologie informatiche e i sensori sono usati per le comunicazioni, la guida e la navigazione. L‟uso di queste tecnologie permette a un sistema computerizzato centrale di sapere la posizione di ogni container, le caratteristiche di ogni attrezzatura in qualsiasi punto e in qualsiasi momento e comunicano quell‟informazione a tutte le parti del terminal. In più il sistema registra e traccia i container in arrivo comunicando con il gate, il treno e la nave.
Gli AGV devono seguire precise regole di traffico e protocolli al fine di evitare collisioni o possibili congestioni nel terminal e ordini assegnati in modo efficiente.
IV.7 LMCS-ACT
IV.7.1 Linear Motor Conveyance Systems (LMCS)
Il LMCS, un sistema di trasporto con motori lineari, è una tecnologia che è stata sperimentata esclusivamente per la movimentazione di container e merci. Un prototipo di questo sistema è stato costruito a fine anni „90 all‟Eurokai Container Terminal di Amburgo.
L‟impiego della tecnologia di motori lineari ha come vantaggio la sua alta accuratezza nel posizionamento dei container, l‟affidabilità e la robustezza dell‟attrezzatura.
66 È possibile muovere su degli itinerari prefissati i container, i quali sono collocati sulle piattaforme che si muovono grazie a un apparato di motori lineari collocati al di sotto di esse.
I motori sono facilmente disponibili e durano a lungo, mentre la ruota montata sulla piattaforma è l‟unica parte in movimento e non è necessario alcun sistema di propulsione sulla piattaforma. La tecnologia dei motori lineari è solitamente utilizzata per applicazioni industriali, ma è altresì applicabile per scale più grandi, come terminal portuali. Una volta che sono costruite le infrastrutture necessarie e sono costruiti gli shuttle per trasportare i container, il sistema può operare autonomamente senza limiti dovuti ai turni di lavoro riducendo così i costi.
IV.7.2 Layout di un sistema LMCS-ACT
Schema di un sistema AGV a vie fisse – Fonte: “Advanced material handling: Automated guided vehicles in agile ports” Il layout di un sistema LMCS-ACT è simile al sistema AGV-ACT ad eccezione del fatto che le corsie sono costituite questa volta da delle strade a guida prefissata. Pertanto, una strada a doppio senso nel sistema AGV-ACT diventano due guide che trasportano gli shuttle in direzioni opposte.
67 Gli AGV sono rimpiazzati con shuttle che si muovono sul sistema di trasporto con motori lineari. Gli shuttle possono essere considerati come AGV che si muovono su traiettorie fisse. Di conseguenza, il controllo degli shuttle è simile a quello degli AGV descritti precedentemente.
IV.8 GR-ACT
IV.8.1 Grid Rail system (GR)
Il carico e scarico di container nel terminal utilizzando dei binari sopraelevati e shuttle è un altro modo interessante per utilizzare lo spazio a disposizione in maniera più efficiente. La Sea-Land e August-Design in passato hanno presentato un prototipo di questo sistema conosciuto come GRAIL. Il suo funzionamento è basato sui motori lineari a induzione, disposti su shuttle sopraelevati che si muovono lungo una monorotaia al di sopra del terminal. I container sono stoccati al di sotto della monorotaia e possono essere trasportati alla nave se necessario. La Sea-Land ha sperimentato questo sistema nel terminal di Hong Kong con la variante che gli shuttle guidati manualmente.
Trasferimento di container in un sistema GRAIL
IV.8.2 Layout di un sistema GR-ACT
Il layout del sistema GR-ACT è simile a quello AGV-ACT con l‟unica differenza che l‟area di stoccaggio è sostituita da moduli a griglia, detti unità GR. L‟uso di più unità GR al posto di un‟area di stoccaggio più grande rende più regolare ed efficiente il sistema, nonché più semplici le operazioni. A causa dell‟alta densità delle unità GR è necessaria un‟area minore per ottenere la stessa capacità di stoccaggio.
Le unità GR si trovano tra l‟area di gate ferroviaria con quella di banchina. Ci sono strade di transito ogni due unità. Queste strade di transito sono utilizzate per trasferire i container,
68 usando gli AGV, tra le aree di gate. I container che non vengono trasbordati subito vengono stoccati nelle unità GR. Le unità esterne sono usate per stoccare i container import che devono essere portati via tramite camion e treno. Le unità interne sono usate per stoccare i container export che sono stati portati nel terminal da camion o treni. È da notare come in ogni unità possa essere effettuata una sola operazione alla volta.
Schema di un sistema GR-ACT – Fonte: “Advanced material handling: Automated guided vehicles in agile ports”
IV.9 AS/RS-ACT
IV.9.1 Automated storage/retrieval systems (AS/RS)
Il progressivo aumento di traffico merci previsto a livello globale insieme alla scarsa disponibilità di suolo nei terminal rende quasi impossibile per molti di essi adeguarsi all‟incremento di domanda. Il sistema AS/RS con capacità di stoccaggio ad alta densità può giocare un ruolo importante nelle attività dei futuri terminal container. L‟AS/RS può stoccare e rintracciare container che necessitano di essere prelevati automaticamente. Inoltre, può essere costruito su una piccola porzione di terreno e aumentare la capacità incrementando il numero di piani. L‟alta produttività dell‟AS/RS si ha perché è possibile stoccare qualsiasi container all‟interno della struttura in maniera casuale.
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Trasferimento di container in un sistema AS/RS
Un modulo AS/RS ha quattro componenti principali: la macchina di stoccaggio e riparazione (SRM), una struttura a griglia, il sistema di movimentazione orizzontale del materiale, il sistema di pianificazione e controllo. L‟SRM muove in simultanea orizzontalmente e verticalmente il carico per spostarlo in una certa posizione nella struttura a griglia. Lavora su binari montati sui piani di lavoro e guidati da segnali elettrici. Per soddisfare la domanda e mantenere nello stesso tempi bassi costi, il progetto prevede che una SRM possa servire 6 griglie che sono costruite per contenere e stoccare container. Ogni modulo ha due buffer, uno per ogni lato. Ogni buffer ha due slot, uno per i container in uscita e uno per i container in ingresso (pick and delivery buffer, P/D).
IV.9.2 Layout di un sistema AS/RS-ACT
Il layout di un AS/RS-ACT è molto simile a quello di un GR-ACT, eccezion fatta che al posto delle unità GR vi sono i moduli di stoccaggio AS/RS.
Per quanto riguarda la circolazione, le corsie adiacenti al gate buffer ed ai P/D buffer, nonché le strade adiacenti al train buffer sono considerate le corsie di carico e scarico degli AGV, mentre le altre corsie sono quelle di transito. Le due corsie di transito disposte alle estremità della struttura AS/RS permettono il trasferimento diretto dei container da un buffer all‟altro senza che vengano stoccati nell‟area di stoccaggio. I container che hanno bisogno di essere stoccati (o prelevati) nella (o dalla) struttura AS/RS sono trasferiti dagli
70 AGV dalle gru di banchina, o dai gate o train buffer. Una macchina speciale di carico/scarico, che è parte del modulo AS/RS, permette il carico e lo scarico degli AGV al P/D buffer (lato terra). In un ciclo, un AGV trasporta un container dal gate buffer al modulo AS/RS attraverso il buffer P/D, dove viene scaricato il container in export e viene caricato un container in import che compie il percorso inverso. Allo stesso modo dall‟altra parte, un AGV che ha caricato un container in import va dall‟area di banchina ad uno specifico P/D buffer (lato nave), lo spedisce al P/D buffer e successivamente viene caricato con un container in export, con il quale torna indietro nell‟area di banchina.
Schema di un sistema AS/RS-ACT – Fonte: “Advanced material handling: Automated guided vehicles in agile ports”
IV.10 Altri prototipi di sistemi di movimentazione portuale automatizzata
moderna
IV.10.1 Speedport
Il sistema Speedport è stato ideato dalla ACTA Maritime Development Corporation. Deriva dall‟applicazione del sistema delle guide su binari del sistema GRAIL per i terminal portuali. Il componente principale dell‟attrezzatura è il gancio mostrato in figura,
71 che assume le funzioni del binario e dello shuttle nel GRAIL. Ogni gancio è semovente e lavora su e viaggia su una rete di travi aeree e rotaie sopraelevate.
Sistema di gancio
La figura in basso mostra un ciclo di operazioni di scarico nel sistema Speedport. Un gancio sospeso al di sopra di una banchina adiacente ad un‟area di stoccaggio attraversa l‟area di carico usando un carrello sopraelevato. Questo gancio preleva direttamente il container dalla nave e lo scarica nell‟area di stoccaggio, e viceversa. Durante il suo viaggio per tutta la lunghezza del terminal, il gancio si sposta su ruote a terra, le quali guidano il gancio su binari elevati da terra.
Ciclo di operazioni di scarico nel sistema Speedport
Questo sistema può ridurre il tempo di trasporto dei container da nave alla terraferma rispetto a un sistema tradizionale o a quello GRAIL. Inoltre, un numero elevato di ganci
72 aerei può lavorare in contemporanea sulla stessa banchina o sulla stessa area di stoccaggio, e ciò può contribuire ad incrementare il tasso di produttività delle operazioni navali nel sistema.
Tuttavia, il costo di costruzione della struttura e dei ganci previsto è molto alto e inoltre ci sono delle difficoltà tecniche che riguardano la perdita di flessibilità quando di caricano o scaricano navi di differente dimensione, senza contare che non è previsto in questo layout portuale un gate ferroviario.
IV.10.2 ZPMC
La ZPMC (Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co. Ltd China) ha sviluppato un nuovo sistema automatizzato per il trasporto dei container, che consiste in un sistema con rotaia fissa su guida nell‟area sotto sbraccio delle gru di banchina, come mostrato in figura.
Sistema di trasferimento automatico dei container della ZPMC
Le attrezzature sono progettate per movimentare container di 40 piedi. I carrelli corrono su binari su due livelli: un binario sopraelevato è installato nella stessa direzione delle gru di banchina, e l‟altro binario è posizionato sul piazzale in direzione perpendicolare alla banchina stessa. Possono essere affiancate più file di binari sopraelevati se necessario. Dopo che una gru di banchina scarica un container su un carrello sul binario superiore, questo corre verso una posizione prefissata per scaricare il container a una gru transtainer (RMGC). Questa gru solleva il container, lo gira di 90° per cambiare la sua direzione e lo posiziona sul carrello che si trova al di sotto sul piazzale. Questo carrello trasporta il container dalla struttura di trasferimento alla RMCG nel piazzale. Il problema di sincronizzazione delle operazioni deve essere studiato e da alcune ricerche risulta essere complicato.
73 Il sistema è stato sperimentato in un campo prova sull‟Isola di Changxing; si sono riscontrati i seguenti vantaggi: il controllo dei carrelli trasportatori è più semplice di quello del sistema AGV; il sistema è più affidabile e meno oneroso a livello di manutenzione dei tradizionali terminal container automatizzati in Europa; e dato che usa solo elettricità, è un sistema poco inquinante. Tuttavia, gli svantaggi sono l‟alto costo di costruzione e la poca flessibilità di questi carrelli.
IV.10.3 Superdock
Il sistema Superdock deriva dalla necessità di un trovare un terminal container sia a livello economico che ambientale sostenibile con gli incrementi di traffico previsti al porto di Los Angeles e Long Beach. Il sistema consiste in un carrello su rotaia e un sistema di stoccaggio universale, con un lungo molo che si estende in mare e numerose gru di banchina. Al centro è previsto il passaggio di una linea ferroviaria. Questo rende possibile ai treni l‟accesso diretto al sistema di stoccaggio, il quale contribuisce a deviare su rotaia le merci attualmente trasportate su gomma.
Sistema Superdock
L‟adozione del sistema Superdock ha l‟obiettivo di ridurre l‟inquinamento dell‟aria e acustico dovuto al traffico stradale. Secondo alcuni studi è prevista anche la riduzione dei costi operativi e l‟incremento delle prestazioni di transshipment. Di contro, gli svantaggi sono l‟alto costo di costruzione e la difficoltà nella gestione di tutte le operazioni; studi condotti dall‟autorità portuale di Long Beach hanno evidenziato come questo sistema sia sostenibile, ma per elevatissimi volumi di traffico (intorno ai 10 mln di TEUs).
