Architecture and Prototype for Dry Port Digital Twin

Abstract

Dry Ports are critical infrastructures in the logistics chain, contributing to optimizing seaport operations by providing customs services and container storage on land. Significant investments are ongoing to digitalize their operations and reduce their environmental impact. However, the current reliance on paper-based documentation and the need to provide reliable information to both government authorities and rail freight industries have justified the consideration of real-time indicators of Dry Ports, which are capable of providing valuable insights to support decision-making, in real-time.Digital Twins have recently emerged as one of the most promising solutions for real-time data monitoring. Defined as replicas of physical objects or systems, they are being adopted in more complex contexts such as factories and cities. Nevertheless, the scarcity of Dry Port Digital Twin prototypes has complicated the exploration of this technology’s capabilities to improve and optimize this infrastructure’s operations. To accurately represent a Dry Port, it is critical to identify all information, processes, actors involved, and other elements of logistics operations, which can be achieved through enterprise architecture approaches.This dissertation addresses some of the key priorities of the NEXUS Agenda, a consortium composed of universities, technology providers, and multiple national ports, aiming at digital transformation and decarbonization of the Portuguese logistics chains. The principal goals are (1) the modeling of Entroncamento’s Dry Port Digital Twin architecture, (2) the instantiation of the corresponding prototype, and (3) the proposal of design principles to model Dry Port Digital Twins.The results were obtained through a Design Science Research (DSR) project, conducted in Entroncamento’s Dry Port and in collaboration with Fordesi and Medway, partners of the NEXUS Agenda. Both the architecture and the prototype were included on the NEXUS Agenda deliverables, and evaluated by some project partners, to support the identification and integration of future opportunities regarding Digital Twins. From a theoretical perspective, this dissertation’s results include design principles to guide the architecture of any Dry Port Digital Twin.

Os portos secos são infraestruturas críticas na cadeia logística, contribuindo para a otimização das operações portuárias marítimas através da disponibilização de serviços aduaneiros e de espaço para o armazenamento de contentores em terra. Atualmente, são significativos os investimentos na digitalização das suas operações e na redução do seu impacto ambiental. Contudo, a dependência na documentação em papel e a necessidade de fornecer informação de confiança às autoridades governamentais e às indústrias de transporte de mercadorias justificaram a consideração de indicadores das operações nos portos secos, capazes de fornecer informação útil para a tomada de decisões, em tempo real. Os Digital Twins têm vindo a surgir como uma das soluções mais promissoras para a monitorização de dados em tempo real. Definidos como réplicas de objetos ou de sistemas físicos, têm vindo a ser adotados em contextos mais complexos, como fábricas e cidades. No entanto, a escassez de protótipos de Digital Twins de portos secos tem dificultado a exploração das capacidades desta tecnologia na melhoria e otimização das suas operações. Para representar adequadamente um porto seco, é crítico identificar toda a informação, processos, actores envolvidos, e outros elementos que compõem as suas operações, o que pode ser conseguido através de abordagens de arquitetura de empresas.Esta dissertação aborda algumas das principais prioridades da Agenda NEXUS, um consórcio composto por universidades, empresas de tecnologia, e múltiplos portos nacionais, visando a transformação digital e a descarbonização das cadeias logísticas em Portugal. Os principais objectivos são (1) a modelação da arquitetura do Digital Twin do porto seco do Entroncamento, (2) a instanciação do protótipo correspondente, e (3) a proposta de princípios de design para modelar a arquitetura de Digital Twins em portos secos.Os resultados foram obtidos através de um projeto de Design Science Research (DSR), realizado no porto seco do Entroncamento, e em colaboração com parceiros da Agenda NEXUS, a Fordesi e a Medway. A arquitetura e o protótipo criados foram incluídos na documentação da Agenda NEXUS, e avaliados por alguns dos seus parceiros, para facilitar a identificação e integração de oportunidades futuras relativas a Digital Twins. Enquanto contributo teórico, os resultados desta dissertação incluem princípios de design para orientar a modelação da arquitetura de Digital Twins em portos secos.