Autonoom varen dankzij de robotstuurman

Terwijl we in de productiesector spreken over Industrie 4.0 als een nieuwe, digitaal aangestuurde werkomgeving, streeft de maritieme sector naar een soortgelijke revolutie in de richting van een ‘connected ship’. Van zeil naar stoom naar onbemand.

Voorstanders van autonoom varende schepen baseren hun verwachtingen op kostenreductie en op het argument van veiligheid. De strenge milieu eisen en de toegenomen intensiteit van het scheepvaartverkeer op de gangbare routes vragen om behoedzaam vaargedrag. De gecomputeriseerde stuurman dommelt niet in slaap en reageert ook onder slechte omstandigheden alerter. Een robot leer je bovendien sneller iets nieuws, dan dat je een mens iets afleert.

Volgens de Wet van Moore zijn de prestaties van computers exponentieel toegenomen. De processorcapaciteit benutten we onmiddellijk voor het real-time analyseren van heel veel data. Wat we niet weten, zoeken we onmiddellijk op. De verspreiding van het internet tot in de haarvaten van de samenleving maakt dat alles met alles is te verbinden. Een simpel meetinstrument transformeert onder invloed van Internet of Things naar een slimme sensor. Daarmee genereren we een vloedgolf aan operationele gegevens in uiteenlopende vormen en maten. Informatietechnologie (IT) ontmoet operationele technologie (OT), een combi waarmee auto’s, schepen en vliegtuigen zichzelf besturen. Zo produceren de sensoren van een straalmotor van Boeing in 30 minuten 10 terabytes aan data (1 terabyte is 10 met 12 nullen). Afhankelijk van de toegepaste voortstuwingtechniek zal op een schip het datavolume wellicht lager uitpakken. Maar het is nog altijd veel meer, dan een doorsnee bedrijf jaarlijks op de harde schijf opslaat.

 

Besturing op afstand en voorspelbaar onderhoud
De beschikbaarheid van algoritmen om massa’s data real time te verwerken, zet de digitale transformatie in de scheepvaart in een hogere versnelling. Het nabootsen van de hydrodynamische krachten vergt 60.000 simulaties voor alle bewegingen van het schip. Dankzij de beschikbaarheid van veel rekenkracht kunnen we die data in samenhang met de output van het navigatiesysteem en de actuele en voorspelde meteorologische gegevens vertalen naar een besturingsmodel, waarmee een schip zich eventueel op afstand laat besturen (remote control).

Vooralsnog levert het systeem een advies aan de kapitein. Het vergt weinig fantasie om te bedenken dat de software verder is te ontwikkelen naar een volledige vorm van gecomputeriseerde besturing. Data over de diverse processen in de machinekamer weten al veel langer probleemloos hun weg te vinden naar computersystemen in de stuurhut. Toerental, prestaties en energieverbruik monitoren we permanent en ’on the fly’ krijgen we tevens inzicht in de technische status van alle aandrijving- en besturingscomponenten. Het onderhoud is voorspelbaar.

Informatie over het reilen en zeilen van het schip is niet alleen beschikbaar op de brug, maar ook op het kantoor van de rederij via wereldomspannende, satelliet gebaseerde communicatienetwerken. Het Britse Inmarsat – opgezet door de International Maritime Organization – was de eerste in 1979. Het netwerk is opgebouwd via dertien geostationaire satellieten en meer dan zestig grondstations. Het uit Motorola voortgekomen Iridium beschikt over 66 LEO-satellieten (Low Earth Orbit) en biedt een wereldwijde dekking met uitzondering van de poolgebieden. LEO’s bestrijken een gebied vanaf 350 tot 1400 km boven het aardoppervlak. Het Thuraya satellietnetwerk biedt dekking in de wateren vanaf de Azoren naar het westen en tot +/- 180 graden naar het oosten.

 

Voldoende bandbreedte voor autonoom varen
Sinds een jaar of tien zijn de satellietnetwerken toegerust op de levering van breedband internet op alle wereldzeeën. De capaciteit daarvan vormt de basis voor cloud-diensten, waarmee toepassingen als ’software as a service’ (Saas) vanaf de wal en op zee zijn te activeren. Satellietcommunicatie is wel (zeer) duur in vergelijking met spraak- en dataverkeer op land.

Volgens Marnix Krikke, Innovation Director bij Netherlands Maritime Technology (NMT), de belangenbehartiger van de Nederlandse scheepsbouw, lijkt er vooralsnog voldoende bandbreedte beschikbaar om naast remote control ook autonoom varen mogelijk te maken. ”Voor de besturing van het schip is het niet nodig om permanent online te zijn en grote hoeveelheden data door de ether te sturen. De intelligentie van IT-voorzieningen aan boord is in staat om onder normale omstandigheden een schip te laten varen. Pas bij storingen of dreigende calamiteiten kan het nodig zijn om intensief dataverkeer met de wal te onderhouden, maar het is de bedoeling zoveel mogelijk beslissingen te laten nemen door intelligente systemen op het schip.”

Krikke verwacht dat in die omstandigheden de hoge kosten voor satellietcommunicatie geen obstakel vormen. Voor het verminderen van storingen overwegen rederijen volgens hem overgang naar een hybride of volledig elektrisch voorstuwing. Maar dat hoeft niet per se als de onderhoudsschema’s worden aangepast. Er zullen nieuwe businessmodellen komen die het onderhoud laten plaatsvinden wanneer het schip in de haven ligt afgemeerd.

 

Ruimere responsetijd voor corrigeren op open water
De vraag is of we veiliger varen met nieuwe voortstuwingstechniek niet veel beter kunnen overlaten aan een computer. De eerste ervaringen met elektrisch aangedreven veerboten laten zien dat de mens in zijn intuïtief handelen veel ruwer met de bediening omspringt. Met een automaat vaar je ’scherper aan de wind’, dus zuiniger. Dezelfde voordelen openbaren zich ook bij proefprojecten met zelfrijdende personenauto’s en vrachtwagens. Krikke denkt dat het meer een kwestie is van opnieuw en beter instrueren. Wel wijst hij op het grote verschil in responsetijden bij de besturing van voertuigen op land en die van schepen op open water. Een auto moet rekening houden met fietsers die op een afstand van minder dan 20 centimeter langs scheren. Op het wijde water is er meer tijd voor stuurcorrecties in het geval een schip op convergerende koers ligt met een ander vaartuig.

Naast radar zorgen verschillende camera’s voor de visualisatie die de software opdraagt om in te grijpen, ook bij nadering van kleine pleziervaartuigen of andere objecten. Nu gebruiken we al langer visualisatietechnieken om robots volgens menselijke, zintuigelijke waarneming te laten functioneren. In een fabriek bepalen we de condities zelf: geen lichtreflecties, dus weinig textuur. De natuur zoals de zee zit er vol mee met wel heel veel tinten grijs, wit, blauw en groen. Daar ligt nog een uitdaging voor de ontwikkelaars van een elektronische stuurman.

Big Data die via een cloud-dienst tussen wal en schip heen en weer gaat, heeft naar de mening van Krikke vooralsnog geen directe invloed op de besturing. Hij plaatst die ontwikkeling meer in het domein van ’smart shipping’. Aan de business kant trachten rederijen hun logistieke processen te optimaliseren en hun brandstofgebruik te beperken. Resultaten uit analyses op Big Data kunnen uiteindelijk wel worden meegenomen in adviesfuncties.

 

Ondersteuning bij beslissingen op zee
ABB Marine and Ports levert software voor deze processen als onderdeel van het ABB Ability Marine Advisory System – Octopus – waarvoor het bedrijf uit Dalfsen wereldwijd afnemers heeft bij onder meer grote rederijen op het gebied van zwaar transport, maritieme constructiewerken en de cruisevaart.

Volgens Tim Ellis, marketingmanager bij Digital Services van ABB Marine & Ports, richt Octopus zich op de ontwikkeling, productie en distributie van slimme software die de veiligheid, efficiëntie en werkbaarheid van schepen op zee vergroten. De software ondersteunt bemanningsleden bij het nemen van beslissingen op zee en op het inzichtelijk maken van prestatiegegevens van de schepen op het rederijkantoor aan de wal. Daarnaast werkt deze mondiale leverancier van aandrijftechniek en bijbehorende besturingssystemen inmiddels aan een platform voor autonoom varende schepen. Binnen afzienbare tijd verwacht men het concept van de achterliggende techniek aan te kondigen et een vergaande elektrificering van de voorstuwing en verruiming van de digitale connectiviteit tussen de diverse componenten. Ellis tempert de hooggespannen verwachtingen: ”Het is een technologische aanzet. Wet- en regelgeving vraagt op alle fronten om aanpassing. Daarvoor is draagvlak nodig in de maatschappij en in de maritieme sector.”

 

Blauwdruk 2050: stip op de horizon van onbemande schepen
De NMT-organisatie heeft een toekomstvisie voor de maritieme sector vastgelegd in het rapport ‘Blauwdruk 2050’. In een gelijknamig symposium gaven ook onderzoeksinstituut MARIN en The Hague Centre for Strategic Studies acte de présence. De belangrijkste conclusies: de mondiale instabiliteit en veranderende handelspolitiek hebben directe invloed op de scheepvaart. Belangrijke handelsroutes kunnen hierdoor onder druk komen te staan met mogelijk nadelige gevolgen. Volgens een aantal deskundigen die aan de studie hebben meegewerkt komt het  onbemande schip  er geleidelijk maar zeker, eerst in voor de hand liggende toepassingen Het is goedkoper, veiliger en een stuk schoner. Ook het ontwerpen en bouwen van schepen zal in de toekomst anders gaan verlopen met behulp van intelligente systemen, virtual reality en robotica. In 2050 bouwen we zogeheten zelf-configurerende schepen die van functie kunnen veranderen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.