Морская автономия: реальность

Поддержка реального мира на мосту одного из самых передовых кабельных слоев в мире все еще время от времени требует личного подхода. ABB Marine Service может использовать удаленные данные для точной подготовки с точки зрения соответствующих навыков, необходимых на борту, а также прогнозирования необходимых деталей и инструментов. Фото: АББ

«Мы будем разрабатывать продукты, которые раньше имели ожидаемый срок службы, возможно, 15 лет, но сегодня мы рассматриваем временные рамки для нового продукта, который может длиться, может быть, четыре или пять лет, а затем его заменяют новой технологией». Кетил O. Paulsen, Technology GM, KM Technology, Исследования и инновации, Kongsberg Maritime AS

«Самым высоким уровнем автономии, который я вижу в ближайшем будущем, являются бортовые небольшие паромы и буксиры, очень локальные. На океанских судах будут применяться определенные автономные технологии, но они будут держать людей на борту: они будут использоваться для ситуационной осведомленности и для повышения безопасности и эффективности ». Микко Леписто, старший вице-президент по цифровым решениям в ABB

«Если мы оглянемся на основные переходные процессы, основанные на продуктах, дающих значительную отдачу от капитала, то примерно 20 лет потребуется для того, чтобы« будущее судно »было принято 70% отрасли. В качестве примера, читатели должны рассмотреть время, которое потребовалось для беспилотного машинного отделения большинству отрасли ». Майкл Джонсон, основатель и генеральный директор Sea Machines

«Я вижу, что все больше людей заинтересованы в том, чтобы автоматизировать и сделать автономную часть операции, не полностью беспилотной, но автоматизирующей бортовой системой, работающей с меньшим количеством людей и нацеленной на определенные части операции, такие как операции с оборудованием. Некоторые изучают полностью беспилотные корабли, но на данный момент они относительно ограничены ». Бьорн Йохан Вартдал, директор программы морских исследований DNV GL

Previous Next

Хотя merriam-webster.com лаконичен в своем определении «автономный», спросите 10 человек в морском секторе, что означает для них «автономное» судно, и ответы на него сильно различаются. Достижение автономных беспилотных операций сегодня не стоит на повестке дня многих (если таковые имеются) судовладельцев. Что привлекает их внимание? Построение судов, которые становятся все более «умными», с интегрированными, связанными системами, которые принимают на себя дополнительные процессы принятия решений, помогая уменьшить размер экипажа (и стоимость), и в конечном итоге помогают сделать работу судна более безопасной и более эффективной.

Хотя, безусловно, существует ряд исследований и проектов, посвященных коммерческим судам и беспилотным операциям, в целом, когда разговоры переходят к морской и автономии, они позиционируются как технология постепенных изменений, когда бортовые системы становятся все более связанными, все более «умными» и все более способными к принимать решения практически без вмешательства человека.
«Автономность не обязательно означает« беспилотный »… Я вижу, где автономное судно все еще может быть пилотируемым», - сказал Микко Леписто, старший вице-президент по цифровым решениям в АББ. «Говорить, что автономный - это только« беспилотный », неверно. Я вижу автономный корабль, который может выполнять любую функцию без участия человека, но роль человека заключается в контроле над тем, что делает автономная система управления. Это может быть пилотируемый или беспилотный.

С этим согласен Кетил О. Полсен, генеральный директор по технологиям, KM Technology - Research & Innovation, с более чем трех десятилетним опытом работы в различных областях разработки технологий в Kongsberg Maritime AS. Сегодня он оценивает новые технологии, чтобы понять, вписываются ли они в портфолио Kongsberg Maritime.

«Мы разрабатываем функциональные возможности для паромов, чтобы они могли самостоятельно перемещаться из пункта А в пункт Б и швартоваться. Но большинство функций «автономии» заключается в поддержке экипажа на борту, а не в том, что он забирает экипаж. Это делает их операции более безопасными и эффективными ». Kongsberg инвестирует в ряд совместных партнерств и исследований по автономным морским операциям, вершиной которого является YARA Birkeland, первый в мире полностью электрический и автономный контейнеровоз с нулевыми выбросами. (См. Связанную историю на стр. 37).

Еще одним лидером в области разработки автономных судов является Siemens, и, по словам Дэвида Груча, директора US Marine, Siemens Government Technologies, Inc., взгляды Siemens немного отличаются. «У некоторых есть« ориентированный на мост »взгляд на автономию. Наш взгляд на автономию основывается на том факте, что мы являемся поставщиком инфраструктуры для судов в области электрификации, оцифровки и автоматизации. Мы смотрим на это из интегрированных силовых и электрических систем. Мы смотрим на автономию с точки зрения инфраструктуры ».

В то время как многие компании, ведущие автономный толчок в морском судоходстве, - это «Fortune 500», есть и здоровая доза молодых, инновационных компаний, которые двигаются с завидной скоростью и силой, таких как Sea Machines, которая за очень короткое время была вовлечена в некоторых громких испытаниях, в том числе с доставкой бегемота Maersk.

«Прогрессивные операторы, которые используют свои суда в контролируемой или полууправляемой области», - сказал основатель и генеральный директор Sea Machines Майкл Дж. Джонсон. «Многие из них выполняют управляемые задачами операции в ситуациях, когда технология может работать лучше, чем человек под прямым контролем».

«Автономия - это продвинутая автоматизация, которая управляет сложными задачами с учетом множества потоков переменной обратной связи в реальном времени», - сказал Майкл Джонсон, основатель и генеральный директор Sea Machines. «В качестве сравнительного примера, традиционный автопилот считается простой автоматизацией, так как он имеет очень мало, если только один сигнал обратной связи для обработки - фактический курс и курс в зависимости от заданного курса и курса - и он направлен на поддержание заданного курса без каких-либо других действий. во внимание, что означает, что оператор-человек должен управлять обязанностями восприятия всего, кроме заголовка. Автономный автопилот считается «более интеллектуальным», обеспечивая большую ценность для операции, так как он принимает во внимание больше информации, такой как положение судна относительно намеченных рисков, движение в домене и его отношение к намеченному курсу судна, или потенциальная необходимость временно замедлить или изменить курс, чтобы успешно завершить миссию. Уровни «автономности» относятся к общему интеллекту или способности системы, позволяющей оператору-человеку отказаться от прямого контроля. Мы называем наш текущий продукт автономности, SM300, системой 3-го уровня, что означает, что в частях контура восприятия и аварийного управления есть активный человек-оператор ».
Рассматривая это с точки зрения класса, Бьорн Йохан Вартдал, программный директор по морским исследованиям DNV GL, лаконичен. «Автономные морские операции - это операции, управляемые алгоритмом. Многие люди смешивают это с дистанционным управлением и автоматизацией, но я думаю, что есть разница между этим и автономностью ».

Что происходит сейчас?
«Он движется быстро, но люди не говорят« эй, мне нужна автономия », - сказал Груча из Siemens. «Они берут принципы и применяют их к новым конструкциям. По мере того, как люди смотрят на более надежные и надежные электростанции, которые, я думаю, являются предварительным курсором на автономию, это, естественно, приводит к добавлению систем хранения энергии на борту ».

Один из крупнейших в мире судовладельцев / операторов, NYK, похоже, идет в ногу с этой оценкой.

«Мы являемся судоходной компанией, поэтому достижение автономного судна не является нашей целью: наша цель - более безопасные, энергоэффективные операции и более надежная логистика», - сказал Хидеюки Андо, старший генеральный директор, отдел морских технологий, доктор технических наук, Monohakobi Technology Institute (MTI) Co., Ltd., научно-исследовательская компания, которая на 100% принадлежит японскому судоходному гиганту NYK. «Наша цель - быть самым надежным грузоперевозчиком. Мы рассматриваем технологию автоматизации как поддержку нашей цели ».

Так где же мы увидим, как будут развиваться автономные корабли? Общее согласие указывает на местные или региональные маршруты из-за меньшего количества регулирующих органов и лиц, принимающих решения в игре. «Вы увидите местный трафик - меньшие паромы и буксиры развиваются быстрее, потому что местные регуляторы и операторы могут двигаться намного быстрее», - сказал Леписто из ABB, чья компания участвует в инновационном проекте автономии на пассажирском пароме ледового класса с дистанционным управлением Suomenlinna II (Смотрите историю на странице 34). «Там вы увидите коммерческие операции через несколько лет. Место, где автономия и автономные технологии будут развиваться быстрее всего, - это случаи, когда на борту находятся суда с небольшими экипажами, где используются «автономные» системы для повышения безопасности и эффективности. Эти корабли будут иметь ту же технологию, что и автономные корабли, но на борту будут люди… это дополнительная система для капитана и экипажа. Это будет двигаться быстрее всего, потому что нет никаких нормативных препятствий ».
Автономность во всех видах транспорта - это скорость развития технологий, скорость, с которой продукт и система устаревают до рекордных темпов.

«Мы будем разрабатывать продукты с ожидаемым сроком службы около 15 лет, - сказал Полсен или Конгсберг, - но сегодня мы смотрим на сроки, в течение которых новый продукт может продлиться, может быть, четыре или пять лет, а затем его заменяют. по новой технологии. »

Джонсон из Sea Machines соглашается. «OEM-производители, поставляющие продукцию для отрасли, начинают объявлять об окончании основных линий аналоговых и механических продуктов, которые служат им в течение десятилетий, и новые технологии активно продаются ведущими устаревшими и молодыми компаниями. Если мы оглянемся на основные переходы, основанные на продуктах, которые приносят значительную прибыль на капитал, потребуется около 20 лет, чтобы «будущее судно» было принято 70% отрасли. В качестве примера, читатели должны рассмотреть время, которое потребовалось для беспилотного машинного отделения, чтобы быть принятым большинством промышленности, ”сказал Джонсон.

Эта скорость технологии, в свою очередь, привела к корпоративной консолидации в морской сфере по мере роста крупных компаний и способствовала эре сотрудничества и партнерства. «Раньше мы разрабатывали практически все сами, сейчас мы работаем над расширением партнерских отношений с различными компаниями и исследовательскими институтами», - сказал Полсен. И хотя технология, как правило, является главным шоу-стопором, Паулсен утверждает, что технология не является основным двигателем. «Несколько лет назад водителями были технологии; Сейчас мы видим, что одним из главных факторов является устойчивость. Устойчивое развитие движет всем, что мы делаем сегодня. Все это связано с устойчивостью », а также с автономией.

Каковы следующие шаги?
Хотя такие термины, как «оцифровка» и «большие данные», возможно, уже устарели в морских кругах, не заблуждайтесь, что растущая доступность, бесперебойная передача и эффективное использование данных сегодня являются основным техническим фактором в морской отрасли. «Десять лет назад большинство проектов (в MTI) были посвящены аппаратному обеспечению - лучшему винту, луковичному носу, энергосберегающим устройствам - которые были обнаружены, испытаны и испытаны в море обычным способом. Большинство проектов в то время были сосредоточены на энергосбережении », - сказал Андо из MTI. «Когда мы, например, запустили (аппаратный) проект по энергоэффективности, мы поняли, что данные имеют решающее значение для понимания истинных характеристик судна, сейчас и в будущем», - сказал он. С флотом из 830 судов в Нью-Йорке действительно открыли глаза, когда эта же технология была опробована на похожих кораблях, и было обнаружено, что некоторые корабли буквально потребляют вдвое больше топлива. «После того, как мы осознали важность данных, мы (NYK) расширили установку систем сбора данных по всему парку NYK. Мы установили наши собственные ящики для сбора данных на наших судах, около 200 судов ».

Первоначальный план заключался в сборе данных во имя повышения энергоэффективности, но «с 2012 года мы обновили нашу систему, чтобы также собирать данные о безопасности и эффективности использования энергии», расширив вывод данных датчика с примерно 50 точек данных датчика первоначально до 1000 до 2000 точек данных сегодня. «Мы собираем все доступные данные», - сказал Андо.

Хотя данные являются «кровью» автономии, можно утверждать, что власть - это «сердце».

«То, что я вижу в качестве следующего шага, - это внедрение этих технологий на пилотируемых кораблях», - сказал Леписто из ABB. «На стороне развития будет повышенное внимание со стороны машиностроения. Сегодня большое внимание уделяется навигационным аспектам, но меньше внимания уделяется области техники, такой как процессы технического обслуживания судов, которые меняются для обеспечения автономии? Должно быть изменение в сторону большего количества электричества, чтобы улучшить избыточность и надежность. Электрические системы требуют меньшего технического обслуживания и их легче встроить в резерв ».

«Я бы сказал, давайте посмотрим на типы судов, которые являются региональными, где вы можете извлечь из них человеческий фактор из-за монотонности или безопасности. Я думаю, вы увидите это на съемочных судах, я думаю, вы увидите это на рабочих катерах; Я думаю, вы увидите это на судах береговой охраны. Военно-морской флот смотрит на автономные суда, и у них нет некоторых регуляторных нагрузок или обязательств, которые несут частные компании, что позволяет им быстрее развиваться ». Дэвид Груча, директор, морской пехоты США, Siemens Government Technologies, Inc.

Grucza из Siemens соглашается. «Мы рассматриваем энергетическую и двигательную установки более целостно, как систему. Когда вы добираетесь до автономных судов, я думаю, что динамика тоже начинает меняться. Например, какая электрическая нагрузка на судне для людей и систем поддержки людей. Соотношение мощности двигателя и мощности систем поддержки будет меняться. В настоящее время в рабочей лодке большая часть энергии предназначена для тяги, а часть - для экипажей и вспомогательных систем. Это соотношение изменится, и в большей степени для движущей силы ключевая технология состоит в том, чтобы просматривать его систематически, а не просто части и компоненты. Речь идет о надежности, о надежности, а сила и сила лежат в основе всего этого ».

Но в соответствии с Vartdal из DNV GL, электроника и сенсорная сторона - навигация - не без причины привлекли львиную долю внимания. «С точки зрения сложности, навигационная часть является самой сложной частью, чтобы сделать ее автономной, поскольку она требует ситуационной осведомленности на высоком уровне; Это сложная ситуация. С функциями машин это намного проще, потому что там вы можете иметь определенный набор режимов отказа, тогда как с навигацией у вас есть бесконечное количество возможностей. Вот что делает его наиболее сложным ».

«Следующие шаги для Sea Machines - это непрерывное развитие функций наших существующих продуктов, взятых из нашей дорожной карты и отзывов клиентов», - сказал Джонсон. «Мы также углубляемся в развитие технологии восприятия судна, а именно машинного зрения на большие расстояния, которое использует большие наборы данных и ИИ для« просмотра »и интерпретации области вокруг работающего судна путем выявления, классификации и отслеживания движения и препятствий. Эта технология Sea Machines в настоящее время испытывается на борту контейнеровоза AP Moller-Maersk в Балтийском море ».

Несмотря на то, что представление о корабле, пересекающем водные пути мира, приводит к впечатляющим представлениям художников о будущем, Андо из MTI утверждает, что этот процесс вперед, подпитываемый огромным количеством надежных данных, далеко не гламурный. «Не многие владельцы / управляющие кораблями находятся на уровне полного использования возможностей данных», - заметил он, добавив: «Мы верим в это, но это большие усилия по сбору, очистке и эффективному использованию данных. Это пошаговый подход снизу вверх ».

Каковы проблемы?
«Технически я не думаю, что это такая большая проблема», - говорит Андо из MTI. «Я думаю, что более серьезная проблема связана с регулированием, страхованием и ответственностью, а также с социальным признанием».

В конечном счете, перемещение заинтересованных сторон в унисон - от владельцев и операторов к портам и поставщикам логистических услуг, производителям технологий, законодателям, финансам и страхованию - также равносильно продвижению вперед морской автономии.

Grucza of Siemens соглашается. «Я все еще рассматриваю нормативно-правовые вопросы как большое препятствие для полной автономии. Я бы сказал, что сегодня мы уже наблюдаем много этапов автономии в инфраструктуре. Я думаю, что трудно добиться согласованности между всеми различными игроками в цепочке »(от судов до портов и логистики во всем мире)…« поэтому вы видите, что некоторые из текущих событий более сфокусированы на региональном уровне, потому что довольно просто у вас есть меньше регулирующих органов, которые вам нужно собрать и договориться ».

«Я думаю, что главная проблема определенно на стороне рынка», - сказал Леписто из ABB. «Должно быть экономическое обоснование, чтобы операторы могли перейти к беспилотным судам или судам с меньшим количеством экипажей. Как мы уже обсуждали, необходимо ввести нормативно-правовые акты, которые начнут действовать на местном уровне и станут национальными и международными. При этом я также считаю, что в отрасли необходимо проводить стандартизацию в отношении предотвращения столкновений », например.

Хотя большинство говорит, что юридические и финансовые вопросы будут представлять собой камни преткновения, Джонсон из Sea Machines предупреждает, что технология для продвижения автономии в морском пространстве в долгосрочной перспективе не является пустяковым вопросом. «Создание технологий, позволяющих безопасно управлять многотонными судами в динамических средах, не является чем-то легкомысленным в любом аспекте пути развития», - сказал Джонсон. «Наша цель сейчас - предоставить достаточное количество устройств SM200 и SM300 в руки активных операторов, потому что их использование в их мирах дает нам обратную связь, необходимую для расширения возможностей».
В то время как Паулсен из Конгсберга также рассматривает регулирование как основное препятствие, он указывает на вторую проблему, которая также должна быть продумана. «Вторая проблема - это смешивание пилотируемых и беспилотных судов. Например, в автомобильной отрасли, если бы все автомобили были автономными и могли разговаривать друг с другом, проблем было бы меньше. Пока у вас есть машины, управляемые людьми, и автономные машины, проблем больше ».

И в то время как разговоры и споры бурлят о технологиях, регулировании, оборудовании и корпусе, Андо из MTI ясно и просто видит эту проблему. «Мы можем применить захватывающую технологию, но если команда не понимает (или не использует) технологию, она бесполезна. Капитан, команда и управление кораблем - все заинтересованные стороны - должны быть на борту, чтобы новые технологии обновлялись, чтобы они были эффективными ».

ПРИМЕР: Suomenlinna II ABB и пассажирский паром с дистанционным управлением

Суоменлинна II, первоначально построенная в 2004 году, оснащена ледокольной электрической двигательной установкой ABB Azipod. Кроме того, в 2017 году паром был модернизирован с помощью решения ситуационной осведомленности ABB Ability Marine Pilot Vision. Изображение: ABB
Недавнее испытание в Хельсинки, Финляндия, было нацелено на то, чтобы доказать «следующий шаг» в автономном судоходстве. Судебный процесс с участием ABB и Helsinki City Transport проводился на пассажирском пароме ледового класса Suomenlinna II с дистанционным управлением. В дистанционном испытании, которое, как сообщается, стало первым в мире существующим пассажирским паромом, АББ успешно проверила усовершенствование работы судов с технологиями, которые уже доступны практически для любого типа судна. Для испытания Суоменлинна II была модернизирована с помощью новой системы динамического позиционирования ABB, ABB Ability Marine Pilot Control, и направлялась из центра управления в Хельсинки. Суоменлинна II обычно совершает рейсы из Хельсинки в крепость Суоменлинна, объект всемирного наследия ЮНЕСКО на соседнем острове. Для дистанционного пилотирования паром отправился с рыночной площади Хельсинки, Кауппатори, и капитан Хейнонен управлял Суоменлинной II без проводов с помощью ABB Ability Marine Pilot Control через предварительно выбранный район гавани Хельсинки.
Испытание проводилось в нерабочее время судна, вдали от берега без пассажиров на борту, в зоне, свободной от других судов. Несмотря на то, что теперь он оснащен новой системой динамического позиционирования, судно будет продолжать работать с помощью набора обычных бортовых средств управления, причем дистанционный режим используется только во время испытания. Исследования и разработки продолжатся с паромом и ее командой.
Суоменлинна II, первоначально построенная в 2004 году, оснащена ледокольной электрической двигательной установкой ABB Azipod. Кроме того, в 2017 году паром был модернизирован с помощью решения ситуационной осведомленности ABB Ability Marine Pilot Vision.


ПРИМЕР: ЯРА Биркеланд

«Самый захватывающий проект сегодня - это YARA Birkeland; это будет первое беспилотное автономное судно, которое мы собираемся доставить », - сказал Полсен из Kongsberg. Для достижения этого еще предстоит много испытаний, анализа рисков, которые приведут к воплощению проекта в жизнь. YARA Birkeland станет первым в мире полностью электрическим и автономным контейнеровозом с нулевыми выбросами. Kongsberg отвечает за разработку и поставку всех ключевых технологий, включая датчики и интеграцию, необходимые для удаленной и автономной работы судна, в дополнение к электрическим приводам, батареям и системам управления движением. Проектирование инновационного корабля было выполнено Marin Teknikk, окончательно завершено в 2017 году. Предполагается, что судно будет доставлено из Vard Brevik в первом квартале 2020 года и к 2022 году постепенно перейдет от пилотируемого режима к полностью автономному режиму.

Яра Биркеланд Основные данные
Длина х Ширина х Глубина 79,5 х 14,8 х 10,8 м
Осадка (полная / балластная): 6 м / 3 м
Рабочая скорость: 6 узлов
Максимальная скорость: 13 узлов
Грузоподъемность: 120 TEU
Дедвейт: 3200 тонн
Силовая установка: электрическая
Винты: 2 азимутальных капсулы
Подруливающие устройства: 2 туннельных подруливающих устройства
Аккумуляторная батарея: 7 - 9 МВтч