Während merriam-webster.com in seiner Definition von "autonom" knapp ist, fragen Sie 10 Personen im maritimen Sektor, was "autonomes" Schiff für sie bedeutet und die Reaktionen sehr unterschiedlich sind. Autonome, unbemannte Operationen zu erreichen, steht heute bei vielen (wenn überhaupt) Reedern nicht weit oben auf der Agenda. Was befiehlt ihre Aufmerksamkeit? Der Bau von Schiffen, die zunehmend „intelligenter“ sind, mit integrierten, verbundenen Systemen, die zusätzliche Entscheidungsprozesse übernehmen, die Besatzungsgröße (und -kosten) reduzieren und letztendlich dazu beitragen, den Schiffsbetrieb sicherer und effizienter zu gestalten.
Zwar gibt es sicherlich eine Reihe von Studien und Projekten, die sich auf kommerzielle Schiffe und unbemannte Operationen konzentrieren, aber wenn es um Seeverkehr und Autonomie geht, wird es im Allgemeinen als eine Technologie mit schrittweiser Veränderung positioniert, bei der Bordsysteme zunehmend vernetzt, immer „intelligenter“ und zunehmend dazu befähigt werden Treffen Sie Entscheidungen mit wenig oder gar keiner menschlichen Intervention.
"Autonomie bedeutet nicht unbedingt" unbemannt ". Ich kann sehen, wo ein autonomes Schiff immer noch ein bemanntes Schiff sein kann", sagte Mikko Lepisto, Senior Vice President Digital Solutions bei ABB. „Zu sagen, dass Autonomie nur„ unbemannt “ist, ist falsch. Ich sehe ein autonomes Schiff, das jede Funktion ohne menschliches Eingreifen ausführen kann, aber die menschliche Rolle besteht darin, die Funktion des autonomen Kontrollsystems zu überwachen. Es kann bemannt oder unbemannt sein. “
Ketil O. Paulsen, General Manager Technology, KM Technology - Research & Innovation, mit mehr als drei Jahrzehnten Erfahrung in verschiedenen Bereichen der Technologieentwicklung bei Kongsberg Maritime AS, stimmt dem zu. Heute bewertet er neue Technologien, um zu sehen, ob sie in das Portfolio von Kongsberg Maritime passen.
„Wir entwickeln Funktionen für Fähren, damit sie von Punkt A nach Punkt B gelangen und selbst anlegen können. Die meisten "Autonomie" -Funktionen unterstützen jedoch die Crew an Bord, nicht notwendigerweise die Crew. Sie macht ihre Operationen sicherer und effizienter. “Kongsberg investiert in eine Reihe von Kooperationspartnerschaften und Studien zu autonomen Schiffsbetriebsaktivitäten. Der Höhepunkt ist das YARA Birkeland, das erste vollelektrische und autonome Containerschiff der Welt mit null Emissionen. (Siehe dazugehörige Story auf Seite 37).
Ein weiterer Marktführer im Bereich der autonomen Schiffsentwicklung ist Siemens. Laut David Grucza, Direktor von US Marine und Siemens Government Technologies, Inc. sieht Siemens etwas anders aus. „Einige haben eine brückenorientierte Sicht der Autonomie. Unsere Sicht der Autonomie beruht auf der Tatsache, dass wir ein Schiffsinfrastrukturanbieter rund um Elektrifizierung, Digitalisierung und Automatisierung sind. Wir betrachten es aus integrierten Strom- und elektrischen Systemen. Wir betrachten Autonomie aus der Infrastrukturperspektive. “
Während viele der Unternehmen, die den autonomen Schub im maritimen Bereich vorantreiben, Fortune-500-Unternehmen sind, gibt es auch eine gesunde Dosis junger, innovativer Unternehmen, die sich mit beneidenswerter Geschwindigkeit und Kraft bewegen, wie beispielsweise Sea Machines, die in kürzester Zeit beteiligt waren in einigen hochkarätigen Versuchen, unter anderem mit dem Transportgier Maersk.
„Autonomie ist eine fortschrittliche Automatisierung, die zusammengesetzte Missionen unter Berücksichtigung mehrerer Echtzeit-Feedbacks mit variablen Echtzeitdaten verwaltet“, sagte Michael G. Johnson, Gründer und CEO von Sea Machines. „Als Vergleichsbeispiel wird ein herkömmlicher Autopilot als einfache Automatisierung betrachtet, da er nur sehr wenige, wenn nur ein Feedbacksignal verarbeiten soll - den tatsächlichen Kurs und die Kursrichtung gegenüber dem festgelegten Kurs und Kurs -, und er beabsichtigt, die eingestellte Richtung beizubehalten, ohne etwas anderes zu nehmen Dies bedeutet, dass der menschliche Bediener die Wahrnehmungsaufgaben für alles andere als die Überschrift übernehmen muss. Ein autonomer Autopilot gilt als „intelligenter“ und bietet mehr Wert für die Operation, da mehr Informationen berücksichtigt werden, wie z. B. Position des Schiffes in Bezug auf kartierte Risiken, Verkehr in der Domäne und seine Beziehung zum beabsichtigten Kurs des Schiffes. oder die Möglichkeit, den Kurs vorübergehend zu verlangsamen oder zu ändern, um die Mission erfolgreich abzuschließen. Die "Autonomie" -Pegel beziehen sich auf die allgemeine Intelligenz oder Fähigkeit des Systems, um es dem menschlichen Bediener zu ermöglichen, sich der direkten Kontrolle zu entziehen. Wir bezeichnen unser aktuelles Autonomieprodukt, den SM300, als ein Level-3-System, was bedeutet, dass in Teilen des Wahrnehmungs- und Notfallsteuerungskreises ein aktiver menschlicher Bediener vorhanden ist. “
Bjorn Johan Vartdal, Programmdirektor für Maritime Forschung, DNV GL, ist aus der Sicht des Unterrichts kurz und prägnant. „Autonomer Seeverkehr ist ein Vorgang, der durch einen Algorithmus gesteuert wird. Viele Leute mischen dies mit Fernsteuerung und Automatisierung, aber ich denke, dass es einen Unterschied zwischen Autonomie und Autonomie gibt. “
Was ist jetzt los?
"Es bewegt sich schnell, aber die Leute sagen nicht" Hey, ich brauche Autonomie ", sagte Grucza von Siemens. „Sie übernehmen die Prinzipien und wenden sie auf Neukonstruktionen an. Wenn die Menschen auf robustere und zuverlässigere Kraftwerke schauen, die meiner Meinung nach ein Vorläufer der Autonomie sind, führt dies natürlich zu zusätzlichen Energiespeichersystemen an Bord. “
Einer der größten Reeder / Betreiber der Welt, NYK, scheint dieser Einschätzung zu folgen.
„Wir sind eine Reederei. Daher ist es nicht unser Ziel, ein autonomes Schiff zu erreichen: Unser Ziel ist sicherer, energieeffizienter Betrieb und eine zuverlässigere Logistik“, sagte Hideyuki Ando, Senior General Manager der Maritime Technology Division, Doktor der technischen Forschung bei Monohakobi Technology Institute (MTI) Co., Ltd., ein Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das sich zu 100% im Besitz des japanischen Reeders NYK befindet. „Unser Ziel ist es, die zuverlässigste Ladungsträgerin zu sein. Wir sehen in der Automatisierungstechnik unser Ziel. “
Wo sehen wir zuerst autonome Schiffe? Ein allgemeiner Konsens lässt auf lokale oder regionale Routen schließen, da weniger Regulierungsbehörden und Entscheidungsträger im Spiel sind. "Sie werden den Nahverkehr sehen - kleinere Fähren und Schlepper entwickeln sich schneller, weil lokale Regulierungsbehörden und Betreiber sich viel schneller bewegen können", sagte Lepisto von ABB, dessen Unternehmen an einem innovativen Autonomieprojekt auf der ferngesteuerten Passagierfähre "Suomenlinna II" der Eisklasse beteiligt ist (Siehe Story Seite 34). „Dort werden Sie in einigen Jahren einen kommerziellen Betrieb sehen. Der Ort, an dem sich Autonomie und autonome Technologie am schnellsten entwickeln werden, sind Fälle, in denen sich Schiffe mit kleineren Besatzungen an Bord befinden, in denen "autonome" Systeme eingesetzt werden, um die Sicherheit und Effizienz zu erhöhen. Diese Schiffe haben die gleiche Technologie wie autonome Schiffe, aber es werden Menschen an Bord sein ... es ist ein komplementäres System für den Kapitän und die Crew. Dies wird am schnellsten voranschreiten, da keine regulatorischen Hindernisse bestehen. “
Die Autonomie in allen Verkehrsträgern ist die Geschwindigkeit der technologischen Entwicklung, eine Geschwindigkeit, die das Veralten von Produkten und Systemen zu einem Rekordtempo führt.
"Wir würden Produkte entwickeln, die eine erwartete Lebensdauer von vielleicht 15 Jahren hatten", sagte Paulsen oder Kongsberg, "aber heute sehen wir den Zeitrahmen für ein neues Produkt, das vielleicht vier oder fünf Jahre dauert. Dann wird es ersetzt durch eine neue Technologie. "
Johnson von Sea Machines stimmt zu. „OEMs, die die Industrie beliefern, kündigen an, das Ende bedeutender analoger und mechanischer Produktlinien anzukündigen, die sie seit Jahrzehnten bedienen, und die neuen Technologien werden stark von führenden und jungen Unternehmen vermarktet. In unserem Rückblick auf wichtige Übergänge, die auf Produkten basieren, die erhebliche Kapitalrenditen bieten, wird es etwa 20 Jahre dauern, bis das "zukünftige Schiff" von 70% der Industrie angenommen wird. Als Beispiel sollten die Leser die Zeit in Betracht ziehen, in der der unbemannte Maschinenraum von einer Mehrheit der Industrie übernommen wurde “, sagte Johnson.
Diese technologische Geschwindigkeit hat wiederum zu einer Konsolidierung der Unternehmen im maritimen Bereich geführt, da die großen Unternehmen immer größer werden, und eine Ära der Zusammenarbeit und Partnerschaft gefördert. „Früher haben wir fast alles selbst entwickelt. Was wir jetzt tun, sind mehr Partnerschaften mit verschiedenen Unternehmen und Forschungsinstituten“, sagte Paulsen. Und während Technologie im Allgemeinen der Show-Stopper im Mittelpunkt steht, argumentiert Paulsen, dass Technologie nicht der Haupttreiber ist. „Vor Jahren waren die Fahrer Technologie. Wir sehen jetzt einen der Haupttreiber der Nachhaltigkeit. Nachhaltigkeit ist alles, was wir heute tun. Alles hängt mit Nachhaltigkeit zusammen. “Und es ist auch an Autonomie gebunden.
Was sind die nächsten Schritte?
Während Begriffe wie „Digitalisierung“ und „Big Data“ in maritimen Kreisen wohl schon alt geworden sind, darf man sich nicht irren, dass die zunehmende Verfügbarkeit, nahtlose Übertragung und effiziente Nutzung von Daten heute der wichtigste technische Treiber in der maritimen Wirtschaft ist. „Vor zehn Jahren befassten sich die meisten Projekte (bei MTI) mit Hardware - einem besseren Propeller, einem bauchigen Bug und Energiespargeräten -, die auf herkömmliche Weise auf See entdeckt, getestet und getestet wurden. Die meisten Projekte konzentrierten sich damals auf die Energieeinsparung “, sagte Ando von MTI. "Als wir beispielsweise ein (Hardware-) Projekt zum Thema Energieeffizienz durchführen, haben wir erkannt, dass Daten für das Verständnis der tatsächlichen Leistung des Schiffes jetzt und in der Zukunft von entscheidender Bedeutung sind", sagte er. Mit der Flotte von 830 Schiffen von NYK wurde der wahre "Augenöffner" geschaffen, als die gleiche Technologie auf ähnlichen Schiffen getestet wurde, und es wurde festgestellt, dass einige Schiffe buchstäblich doppelt so viel Treibstoff verbrauchten. „Nachdem wir die Bedeutung von Daten erkannt hatten, haben wir (NYK) die Installation von Datenerfassungssystemen auf die gesamte Flotte von NYK ausgedehnt. Auf unseren eigenen Schiffen, etwa 200 Schiffen, haben wir eigene Datenerfassungskästen installiert. “
Der ursprüngliche Plan sah vor, Daten zu sammeln, um die Energieeffizienz zu verbessern, aber „ab 2012 haben wir unser System aktualisiert, um auch Sicherheitsdaten sowie Energieeffizienz zu sammeln“ und die Sensordatenausgabe von etwa 50 Sensordatenpunkten auf ursprünglich 1000 zu erhöhen 2000 Datenpunkte heute. "Wir sammeln alle verfügbaren Daten", sagte Ando.
Während Daten das „Blut“ der Autonomie sind, könnte man sagen, dass Macht das „Herz“ ist.
"Als nächsten Schritt sehe ich die Übernahme dieser Technologien auf bemannten Schiffen", sagte Lepisto von ABB. „Auf der Entwicklungsseite wird es einen stärkeren Fokus auf der Maschinenseite geben. Heutzutage wird ein großer Fokus auf die Navigationsaspekte gelegt, aber es wird weniger über den Maschinenbereich diskutiert, z. B. dass Wartungsprozesse der Schiffe geändert werden, um der Autonomie Rechnung zu tragen. Um die Redundanz und Zuverlässigkeit zu verbessern, muss ein Umstieg auf einen stärkeren elektrischen Antrieb erfolgen. Elektrische Systeme erfordern weniger Wartung und lassen sich leichter in Redundanz einbauen. “
Grucza von Siemens stimmt zu. „Wir betrachten die Kraft- und Antriebsanlage ganzheitlicher als System. Wenn Sie zu autonomen Schiffen kommen, denke ich, dass sich auch die Dynamik ändert. Zum Beispiel, wie viel von der elektrischen Last an Bord eines Schiffes für Menschen und Unterstützungssysteme für Menschen ist. Das Verhältnis von Antriebskraft zu Leistung für Unterstützungssysteme wird sich ändern. In einem Arbeitsboot wird heutzutage die meiste Energie für den Antrieb verwendet, einige für Crews und Hilfssysteme. Dieses Verhältnis wird sich ändern, mit mehr für den Antrieb. Die Schlüsseltechnologie besteht darin, es systematisch zu betrachten und nicht nur Teile und Komponenten. Es geht um Robustheit, es geht um Verlässlichkeit, und Kraft und Antrieb stehen im Mittelpunkt. “
Laut Vartdal von DNV GL hat die Elektronik- und Sensorseite - die Navigation - aus einem bestimmten Grund den größten Teil der Aufmerksamkeit auf sich gezogen. „In Bezug auf die Komplexität ist der Navigationsteil der komplexeste Teil, um autonom zu machen, da er Situationsbewusstsein auf hohem Niveau erfordert. Es ist eine komplexe Situation. Mit Maschinenfunktionen ist dies viel einfacher, da Sie hier eine Reihe von Fehlermodi definieren können, während Sie mit der Navigation unendlich viele Möglichkeiten haben. Das macht es sehr komplex. “
"Die nächsten Schritte für Sea Machines sind sowohl eine kontinuierliche Funktionsentwicklung unserer bestehenden Produkte, die sowohl unserer Roadmap als auch dem Kundenfeedback entnommen werden", sagte Johnson. „Wir sind auch tief in der Weiterentwicklung der Gefäßwahrnehmungstechnologie, nämlich der Weitbereichs-Bildverarbeitung, die große Datensätze und KI zum„ Sehen “und Interpretieren der Domäne um ein in Betrieb befindliches Schiff durch Identifizieren, Klassifizieren und Verfolgen von Verkehr und Hindernissen nutzt. Diese Sea Machines-Technologie wird derzeit an Bord eines AP Moller-Maersk-Containerschiffs in der Ostsee getestet. “
Während der Gedanke, dass ein Schiff die Wasserstraßen der Welt durchquert, einige beeindruckende künstlerische Interpretationen der Zukunft hervorbringt, behauptet Ando von MTI, dass der Prozess, angetrieben von riesigen Mengen zuverlässiger Daten, alles andere als glamourös ist. "Nicht viele Eigner / Schiffsmanager sind in der Lage, die Leistungsfähigkeit von Daten voll auszuschöpfen", sagte er und fügte hinzu: "Wir glauben daran, aber es ist ein großer Aufwand, Daten zu sammeln, zu bereinigen und effektiv zu nutzen. Es ist ein Schritt für Schritt von unten nach oben. “
Was sind die Herausforderungen?
"Technisch glaube ich nicht, dass es eine so große Herausforderung ist", sagte Ando von MTI. "Ich denke, die größere Herausforderung besteht in Regulierung, Versicherung und Haftung sowie sozialer Akzeptanz."
Letztlich die gemeinsame Stakeholder - von den Eigentümern und Betreibern über die Häfen und Logistikdienstleister über die Technologiemacher bis hin zu den Gesetzgebern für Finanzierung und Versicherung - zu bewegen, bedeutet auch, die Autonomie der Seefahrt voranzutreiben.
Grucza von Siemens stimmt zu. „Ich sehe regulatorische und rechtliche Fragen immer noch als den großen Zwang, völlig autonom zu sein. Ich würde behaupten, dass wir heute schon viele Autonomiestufen in der Infrastruktur sehen. Ich denke, es ist schwer, sich an allen verschiedenen Akteuren der Kette anzugleichen “(von Schiffen über Häfen bis hin zu globaler Logistik)… deshalb sehen Sie, dass einige der aktuellen Entwicklungen stärker regional ausgerichtet sind, weil Sie dies ganz einfach tun weniger Regulierungsbehörden, die Sie brauchen, um zusammenzukommen und zuzustimmen. “
"Ich denke, die Hauptherausforderung liegt definitiv auf der Marktseite", sagte Lepisto von ABB. „Der Business Case muss vorhanden sein, damit sich die Betreiber auf unbemannte Schiffe oder Schiffe mit weniger Besatzungen begeben können. Wie wir auch besprochen haben, muss die Regulierung vorhanden sein, und das wird lokal beginnen und national und international werden. Daher denke ich auch, dass es innerhalb der Branche eine Standardisierung in Bezug auf die Vermeidung von Kollisionen geben muss “.
Während die meisten sagen, dass rechtliche und finanzielle Probleme Stolpersteine darstellen, warnt Johnson of Sea Machines, dass die Technologie zur Förderung der Autonomie im maritimen Raum auf lange Sicht keine unbedeutende Angelegenheit ist. "Die Gebäudetechnologie, die Mehrtoner-Schiffe in dynamischen Umgebungen sicher verwaltet, ist in keinem Aspekt des Entwicklungspfads ein Leichtes", sagte Johnson. "Unser Ziel ist es jetzt, genügend SM200- und SM300-Einheiten in die Hände aktiver Betreiber zu bekommen, da der Einsatz in ihren Welten uns das notwendige Feedback gibt, um die Weiterentwicklung zu unterstützen."
Während Paulsen von Kongsberg die Regulierung auch als große Hürde betrachtet, weist er auf eine zweite Herausforderung hin, die auch durchdacht werden muss. „Die zweite Herausforderung ist das Mischen von bemannten und unbemannten Schiffen. Wenn zum Beispiel im Automobilbereich alle Autos autonom sind und miteinander sprechen können, wäre dies weniger Probleme. Solange Sie Autos haben, die von Menschen und autonomen Autos gefahren werden, gibt es mehr Probleme. “
Und während sich das Gespräch und die Debatte über die Technologie, die Regulierung, die Maschinen und den Rumpf wirbeln, sieht der Ando von MTI die Sache klar und einfach. „Wir können eine faszinierende Technologie anwenden, aber wenn die Crew die Technologie nicht versteht (oder nutzt), ist sie nutzlos. Der Kapitän, die Besatzung und das Schiffsmanagement - alle Beteiligten - müssen für neue technologische Upgrades an Bord sein, um wirksam zu sein. “
FALLSTUDIE: Suomenlinna II ABB & die ferngesteuerte Passagierfähre
Der Versuch fand außerhalb der Schiffsstunden statt, an Land, an dem keine Passagiere an Bord waren, in einem Gebiet, das frei von anderen Schiffen war. Während das Schiff jetzt mit dem neuen dynamischen Positionierungssystem ausgestattet ist, wird es weiterhin über eine Reihe herkömmlicher Onboard-Steuerungen betrieben, wobei der Remote-Modus nur während des Versuchs eingesetzt wird. Forschung und Entwicklung werden mit der Fähre und ihrer Crew fortgesetzt.
Suomenlinna II wurde 2004 gebaut und ist mit dem elektrischen Azipod-Antriebssystem von ABB ausgestattet. Darüber hinaus wurde die Fähre im Jahr 2017 mit der Situationsbewusstseinslösung ABB Ability Marine Pilot Vision nachgerüstet.
FALLSTUDIE: YARA Birkeland
„Das aufregendste Projekt ist heute YARA Birkeland. Es wird das erste unbemannte autonome Schiff sein, das wir liefern werden “, sagte Paulsen von Kongsberg. Um dies zu erreichen, gibt es noch viele Tests, Risikoanalysen, die zur Verwirklichung des Projekts führen werden. YARA Birkeland wird das erste vollelektrische und autonome Containerschiff der Welt ohne Emissionen sein. Kongsberg ist für die Entwicklung und Lieferung aller Schlüsseltechnologien verantwortlich, einschließlich der Sensoren und der Integration, die für den Remote- und autonomen Schiffsbetrieb erforderlich sind, sowie für elektrische Antriebs-, Batterie- und Antriebssteuerungssysteme. Der Entwurf für das innovative Schiff wurde von Marin Teknikk entworfen, der 2017 fertiggestellt wurde. Das Schiff soll im ersten Quartal 2020 von Vard Brevik geliefert werden und wird schrittweise von einem bemannten Betrieb zu einem vollständig autonomen Betrieb bis 2022 übergehen.
Yara Birkeland Wichtigste Angaben
Länge x Breite x Tiefe79,5 x 14,8 x 10,8 m
Tiefgang (voll / Ballast): 6 m / 3 m
Dienstgeschwindigkeit: 6 Knoten
Höchstgeschwindigkeit: 13 Knoten
Ladekapazität: 120 TEU
Eigengewicht: 3.200 mt
Antriebssystem: elektrisch
Propeller: 2 Azimuthhülsen
Thruster: 2 Tunnel-Triebwerk
Batteriepack: 7 - 9 MWh