Autonomie: Die Vision der autonomen Schifffahrt

Rolls-Royce und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) haben eine wegweisende Kooperationsvereinbarung unterzeichnet, die darauf abzielt, Weltraumaktivitäten zur Unterstützung der autonomen, ferngesteuerten Schifffahrt und zur Förderung von Innovationen in der europäischen digitalen Logistik durchzuführen. Bild: Mit freundlicher Genehmigung von Rolls-Royce Marine

Ende 2018 bietet eine hervorragende Gelegenheit, einige der Maßnahmen hervorzuheben, die die Schifffahrtsindustrie im vergangenen Jahr ergriffen hat, um ein besseres Verständnis der autonomen Schifffahrt zu entwickeln. Viele bedeutende Akteure wie Rolls Royce und Wärtsilä haben sich dem Ziel der autonomen Schifffahrt verschrieben. Dies hat zu zahlreichen neuen Strategien, Visionen und Projekten geführt, die die Grenzen technologischer Innovationen vorantreiben. Es ist nicht mehr eine Frage, ob die Technologie diesen nächsten Schritt erreichen kann, sondern wie die Technologie dazu eingesetzt wird und was wir als Industrie tun müssen, um sicherzustellen, dass autonome Operationen sicher und effizient sind.

Die autonome Schifffahrt hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Für ein lokales Beispiel für mich hat die Regierung in Finnland 2017 beschlossen, die Initiative One Sea zu unterstützen, die bis 2025 autonome maritime Ökosysteme betreiben will. Darüber hinaus hat ÄlyVESI - Smart City Ferries begonnen, an einem Projekt zu arbeiten, das letztendlich funktionieren wird die Grundlagen für die Klassenanforderungen für autonome Schiffe schaffen.

Bei zahlreichen laufenden Entwicklungsprojekten werden wir Modelle mit unterschiedlichen Automatisierungsgraden und Autonomie sehen.

Diese Prototypen werden letztendlich dazu beitragen, ein praktisches autonomes Schiff zu schaffen, das für die täglichen Aufgaben in der Schifffahrt geeignet ist.
Das Interesse an der autonomen Schifffahrt zeigte sich auf der kürzlich abgeschlossenen Konferenz der Society of Naval Architects & Marine Engineers (SNAME), auf der ich eine Präsentation zu autonomen Schiffen hielt, in der die Bedeutung der Stabilität untersucht wurde. ein Faktor, der für jedes Schiff entscheidend ist. In diesem Artikel werde ich darüber hinaus gehen und auch die sich entwickelnden Vorschriften, das Design und die Technologie in der autonomen Schifffahrt untersuchen. Diese Schlüsselbereiche müssen alle zusammenarbeiten, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Die Vorschriften
Die technischen Grenzen der autonomen Schifffahrt sind im Großen und Ganzen weniger gewaltig als die aufsichtsrechtlichen. Die Arbeit, dies zu ändern, hat jedoch begonnen. Die 99. Sitzung des Ausschusses für die Sicherheit des Seeverkehrs fand im Mai 2018 statt, die offiziell mit der Arbeit an einem Regulierungsrahmen begonnen hat und in den folgenden vier Sitzungen bis Mitte 2020 weiter stattfinden wird. Der Ausschuss konzentriert sich außerdem auf Sicherheit, Sicherheit und Umweltverträglichkeit Maritime autonome Oberflächenschiffe (MASS). MASS wurde als Schiff definiert, das in unterschiedlichem Maße unabhängig von der menschlichen Interaktion agieren kann.

Die derzeit geltende internationale Seeregelung zur Schiffsstabilität wird weitgehend mit der Annahme festgelegt, dass ein Schiff besetzt ist und sich auf das SOLAS-Kapitel II-1 mit dem Titel „Bau - Struktur, Unterteilung und Stabilität und Stabilität, Maschinen und elektrische Anlagen“ stützt. Einige Anforderungen an den Bau eines sicheren Schiffes in Bezug auf die Stabilität gelten jedoch weiterhin für unbemannte Schiffe wie Doppelboden.

Die autonome Industrie wird auch mit der Tatsache zu kämpfen haben, dass die Geschwindigkeit der technologischen Entwicklung die globale regulatorische Entwicklung übersteigt, wie man es in der Zeit gesehen hat, die erforderlich ist, um klare 2020-Schwefelkappen-Richtlinien aufrechtzuerhalten. Viele nationale Regulierungsbehörden haben die Schifffahrt ermutigt, autonome oder ferngesteuerte Schiffsoperationen in nationalen Gewässern zu erproben, was eine positive Initiative ist. Dies hat dazu geführt, dass viele Länder in den ersten Erprobungsstadien eigene Regelungen entwickelt haben. Auf lange Sicht ist jedoch eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Ländern erforderlich, um sicherzustellen, dass einheitliche Regelungen gelten.

Die Advanced Autonomous Waterborne Applications-Initiative
Ein Forschungsbeispiel, das durchgeführt wurde, ist die AAWA-Initiative (Advanced Autonomous Waterborne Applications).
Von Februar 2015 bis Juni 2017 erhielt ein gemeinsames Industrie- und Hochschulforschungsprojekt zu autonomen Schiffen 6,5 Mio. EUR von der finnischen Förderagentur für Technologie und Innovationen. Das Projekt versuchte, verschiedene wissenschaftliche Herausforderungen im Zusammenhang mit dem autonomen Schiffsbetrieb zu analysieren. Technologieanforderungen, Risiken, Anreize und Vorschriften / Verbindlichkeiten. Durch diese Initiative konnten autonome und entfernte Operationen für Schiffsnavigation, Maschinen und alle Bordbetriebssysteme entwickelt werden. Rolls Royce und andere führende Industrieunternehmen, darunter NAPA, DNV-GL, Deltamarin und Inmarsat, leiteten das Projekt. Zu den Forschungspartnern gehörten die Aalto University, die Tampere University of Technology, die Åbo Akademi University und das VTT Technical Research Center Finland.

In der ersten Phase der AAWA-Initiative wurden hybride Varianten zwischen Remote- und Autonomielösungen gefunden. Wie bereits erwähnt, gibt es zwar eine Technologie, mit der Schiffe autonomen Strom erzeugen können, es muss jedoch noch viel getan werden, um die Zuverlässigkeit der Schiffe zu gewährleisten.
Zum Beispiel können autonome Schiffe das Risiko menschlicher Fehler reduzieren, da keine Besatzung vorhanden ist. Es werden jedoch neue Arten von Risiken geschaffen. Dies bedeutet, dass Schiffe so sicher sein müssen wie bestehende Schiffe, möglicherweise sogar noch mehr. Um den Risiken mit neuen oder angepassten Technologien begegnen zu können, ist noch viel Arbeit erforderlich. Ein Hauptthema, das in der AAWA-Initiative angesprochen wurde, war das maritime Situationsbewusstsein und die autonome Navigation. Gegenwärtig wird derzeit ein menschliches Augen- und Ohrenpaar als Hauptsensor für Entscheidungen und Operationen verwendet, unabhängig davon, ob ein Schiff mit digitalen Sensoren ausgestattet ist oder nicht.

Ein logischer Ansatzpunkt ist daher die Analyse des derzeit umfangreichen Angebots an Sensorprodukten an Bord von Schiffen, um festzustellen, ob sie verfügbar und für die Automatisierung geeignet sind. Warum sollten wir uns auf die Entwicklung neuer Produkte konzentrieren, wenn bereits ein geeignetes Produkt vorhanden ist?
Was sind die nächsten Schritte? Technologische Lösungen müssen eingehender analysiert werden, um neue Risiken, rechtliche Herausforderungen und die an autonomen Operationen beteiligten Stakeholder zu verstehen. Letztendlich ist Veränderung möglich, aber politische Bereitschaft ist erforderlich, und Haftungsfragen müssen angegangen werden.

Die Maßnahmen dieser Initiative führten zu einem klaren Verständnis, dass Stabilität unabhängig davon, ob ein Schiff autonom ist oder nicht, von entscheidender Bedeutung ist.

Autonomes Versandstabilitätsmanagement
Stabilitätsmanagement bleibt ein kritischer Teil des Konstruktionsprozesses, unabhängig davon, ob es sich um ein bemanntes oder autonomes Schiff handelt. Designer müssen neue Technologien wie Sensoren, Big Data und künstliche Intelligenz verstehen, wenn mehr Entscheidungen an Land getroffen werden. Neue Werkzeuge, Software zur Überwachung der Stabilität, Längsfestigkeit und Bewegung können auch von maritimen Fachleuten in Betracht gezogen werden. Es wird für sie wichtig sein, über die derzeitigen Prozesse des Schiffsdesigns hinauszusehen und die Auswirkungen des autonomen Betriebs zu berücksichtigen.

Stabilitätscomputer, die in der Regel Daten für bis zu 200 Sensorquellen verarbeiten, werden auch aufgrund der erheblichen Anzahl von Sensoren, die aufgrund der Autonomie auf dem Schiff verwendet werden, einen größeren Einfluss haben. Dadurch werden bessere situationsbezogene Daten und Vorhersagen erstellt, die verarbeitet werden können, mit der Möglichkeit, verstärktes Monitoring für Wetter, Frachtverschiebung und andere technische Bereiche einzuführen. NAPA Fleet Intelligence ist ein aktuelles Beispiel dafür, dass Onboard-Software die Überwachung und Verbesserung der Schiffsleistung unterstützt. Dies kann dann von Land aus mit Cloud-basierter Software analysiert werden. Dies erhöht das Bewusstsein für vorhergesagtes Wetter entlang der Seedurchfahrt, optimiert die Schiffsleistung und erhöht die Fracht- und Schiffssicherheit. All dies sind die ultimativen Funktionsziele und Prozesse eines autonomen Schiffes oder eines ferngesteuerten Schiffes. Diese Art von Onboard-Technologie hat Pionierarbeit bei der Automatisierung und Berichterstellung für die Überwachung von Schiffen ermöglicht.

Der Stabilitätscomputer wird auch zur Basis für die Bereitstellung von Stabilitätslösungen und die automatische Erstellung von Plänen auf der Grundlage der von diesen Sensoren gelieferten Daten. Dies unterstreicht einmal mehr die Tatsache, dass ein Stabilitätsoffizier und eine Crew nicht an Bord benötigt werden. Alternativ könnten jedoch andere Szenarien des Computers über die Cloud an Land übertragen werden, was die Entscheidung einem Landteam überlassen würde.

Das Design
Das ursprüngliche Design autonomer Schiffe steckt noch in den Kinderschuhen, da auf technologischer Seite ständig Fortschritte erzielt werden. Marinearchitekten ziehen jedoch zahlreiche Faktoren und Studien in Betracht, um zu verstehen, wie dies die Stabilität und Sicherheit von Schiffen beeinflussen wird. Beispielsweise müssen Konstruktionen für autonome Schiffe keine Besatzungsräume, Kontrollräume und Brücken berücksichtigen, sondern müssen an automatisierte Operationen und alternative Antriebssysteme angepasst werden. Marinearchitekten müssen auch sicherstellen, dass autonome Schiffe für den Zweck geeignet sind. Aus diesem Grund konzentriert sich die Entwicklung auf kleinere Schiffe und nicht auf Fahrgastschiffe, da weniger Risiken bestehen.
Ein neues Designbedürfnis zeichnet sich ebenfalls ab. Anstatt sich auf das Schiff selbst zu konzentrieren, konzentriert sich dieses hier auf die Anforderungen an die Gestaltung von landgestützten Zentren zur Steuerung des Schiffsbetriebs, da sich diese leicht von normalen Flottenbetriebszentren unterscheiden können. Dies unterstreicht einmal mehr, dass die autonome Schifffahrt Zeit benötigt, um die besten betrieblichen Praktiken festzulegen.

Wohin als nächstes?
Durch die Umstellung von Forschung und Simulation auf Versuche mit bestehenden und neuen Lösungen schreitet die Zukunft der autonomen Schifffahrt langsam aber sicher voran. Stabilitätslösungen sind ein Teil eines großen Netzwerks für den Betrieb autonomer Schiffe. Lösungsanbieter und Reedereien müssen weiterhin an der Automatisierung und Intelligenz der Entscheidungsfindung arbeiten, um ein vollständig maschinengesteuertes Schiff anzustreben. Letztendlich wird die autonome Schifffahrt die Schifffahrt neu definieren. Jussi Siltanen, der Autor

Über den Autor
Jussi Siltanen ist Produktmanager bei NAPA Safety Solutions. Derzeit überwacht er das Management der NAPA-On-Board-Lösungen für Stabilität und Sicherheit.