Przemysł okrętowy zastanawia się nad konstrukcją, budową i eksploatacja statków autonomicznych po epoce koronawirusa. Widzimy, że ta epoka odciśnie piętno nie tylko na stylu życia ludzkości, ale również na transporcie morskim i systemach obsługi wydobycia ropy i gazu offshore. Obecnie budowane jednostki są coraz bardziej zautomatyzowane. Statki często są wyposażone w systemy wspomagania decyzji załogi oraz układy diagnostyczne zainstalowanych urządzeń. Coraz więcej systemów zainstalowanych na statkach i jednostkach offshore może  pracować bez integracji człowieka. Taka sytuacja w przyszłości doprowadzi do rozwoju i stosowania statków w pełni autonomicznych.

Bezpieczeństwo żeglugi

Budowa i eksploatacja statków autonomicznych będzie miała istotny wpływ na bezpieczeństwo eksploatacji statków, ponieważ badania IMO i ubezpieczycieli wykazują coraz większy wpływ czynnika ludzkiego na awarie urządzeń oraz wypadki na morzu i podczas prac przeładunkowych. Często jest to spowodowane przemęczeniem załóg pływających oraz długim czasem przebywania załogi na morzu z daleka od rodziny i bliskich. Wpływ na ilość wypadków mają również problemy z obsługą bardzo skomplikowanych układów automatyki i niewystarczająca ilość czasu na prowadzenie prac serwisowych na statkach.

Czynnik ludzki

W epoce koronawirusa nie bez znaczenia jest utrudniony proces wymiany załogi oraz konieczność przeprowadzenia testów w celu potwierdzenia przed mustrowaniem, że członek załogi nie jest zainfekowany tą groźną bakterią. Wspomnieć również trzeba o możliwości zarażenia koronawirusem podczas podróży na jednostkę. Drugim czynnikiem mającym duży wpływ na pracę na morzu są dążenia armatorów do wydłużenia czasu przebywania członków załogi na statku.

Stopnie autonomii

Obecnie na statkach są instalowane układy automatyki oraz układy wspomagania decyzji. Pozwala to na pracę bezwachtową siłowi przez określony czas podczas gdy ale na statku jest pełna załoga, która w razie potrzeby może przejąć sterowanie jednostką.

Międzynarodowa  Organizacja Morska (IMO) klasyfikuje takie statki do pierwszej kategorii autonomii. Druga kategoria autonomii dotyczy zdalnie sterowanych statków z obsługą która może przejąć sterowanie funkcjami i systemami statku. Statki z trzecią kategorią są zdalnie sterowane i na burcie nie ma członków załogi. Statki na których wszystkie decyzje są inicjowane przez komputerowe układy automatyki zainstalowane na statku są klasyfikowane jako czwarta kategoria autonomii.

System Autonomicznej Nawigacji (SAN)

Aby zwiększyć bezpieczeństwo żeglugi i zmniejszyć niedogodności związane z problemami związanymi z czynnikiem ludzkim opisane powyżej proponuję zainstalowanie na statkach dodatkowego Systemu Autonomicznej Nawigacji (SAN) na istniejących lub nowo budowanych statkach z bezwachtową obsługą siłowni. System taki składał się będzie z komputerowych układów sterowania, bezpieczeństwa  i monitoringu nazywanych ‘Inteligentny Nawigator’, ‘Inteligentny Mechanik’, ‘Manager Statku Autonomicznego’ oraz ‘Stacji Miejscowych’ (FS) z podłączonymi do nich specyficznymi dla statków autonomicznych układami i czujnikami.

Aby zapewnić niezawodność  i sprawne funkcjonowanie Systemu Autonomicznej Nawigacji sprzęt komputerowy będzie potrójnie redundantny z możliwością jego naprawy i testowania podczas pracy a niepracujące zespoły będą w gorącej rezerwie. Elementy i czujniki systemu będą redundantne i będą posiadały funkcje samo-kontrolne z wykrywaniem i izolacją awaryjnych podzespołów.

Komponenty Systemu Autonomicznej Nawigacji będą połączone redundantną siecią światłowodową przez ‘Węzły Sieci Komputerowej’ (NDU). Do ‘Stacji Miejscowych (FS)’ Systemu Autonomicznej Nawigacji będą podłączone specyficzne urządzenia dla statku autonomicznego np.:

- Kamery komputerowego systemu obrazowania otoczenia z wykrywaniem zagrożeń,

- sonarowe czujniki stanu morza, wysokości fal oraz wykrywania przeszkód na i pod wodą,

- układy kontroli położenia jednostki z uwzględnieniem falowania przód/tył (Surge), odchylenie w bok (Sway) przechyły wzdłużne (Pitch), przechyły poprzeczne (Roll), falowanie góra/dół (Heave),

- systemy zapobiegania kolizjom na morzu z określeniem odległości do innych statków i obiektów wyposażone w redundantne kamery podczerwieni i obrazowania w ciemności itp.

Do Systemu Autonomicznej Nawigacji przez redundantną sieć światłowodową oraz dedykowane interfejsy będą podłączone również instalowane na statkach standardowe systemy:

- sterowania, kontroli i monitoringu na mostku takie jak odbiorniki światowego systemu określania pozycji GPS, GLONAS, Galileo, BDS, Echosonda, Radary, Urządzenia do pomiaru prędkości i przebytej drogi Log, system automatycznej identyfikacji AIS, Żyrokompas, System obrazowania map elektronicznych i informacji ECDIS,  System dalekosiężnej identyfikacji i śledzenia statków system LRIT i inne;

- zintegrowane systemy automatyki i sterowania urządzeń siłowni.

Koncepcja układu automatyki statku wyposażonego w System Autonomicznej Nawigacji jest przedstawiona na Rys. 1 poniżej.
 

System Autonomicznej Nawigacji pozwoli nie tylko zwiększyć bezpieczeństwo żeglugi przez pomoc przy podejmowaniu decyzji, ale mógłby również stać się przyczynkiem do możliwości sterowania statkiem w określonych rejonach żeglugi przez komputerowe systemy ‘Inteligentnego Nawigatora’, ‘Inteligentnego Mechanika’ oraz ‘Managera Statku Autonomicznego’ bez wachty na mostku i w siłowni. Tego typu, ograniczona autonomiczna praca statku wymaga jednak dostosowania wymagań i przepisów IMO i administracji morskich.

Zdaniem autora armatorzy statków chętnie wyposażą swoje jednostki w System Autonomicznej Nawigacji jeżeli będzie on produkowany seryjnie i jego koszt będzie racjonalny.

Rozwój statków autonomicznych

Obecnie rozwój statków autonomiczny nie jest skoordynowany. Trwają prace przy uruchomieniu autonomicznego trimaranu Mayflower o długości całkowitej 32,5 metra, opracowaniu rezultatów prób zdalnie sterowanego 28 metrowego holownika (132 dwt), wdrażaniu projektu autonomicznego statku żeglugi przybrzeżnej o nośności 3200 ton i pojemności 120 TEU Yara Birkeland, opracowaniu rezultatów prób żeglugi autonomicznej miedzy portami w Chinach i Japonii przez NYK Line samochodowiec Iris Leader o pojemności brutto 70 826 który był sterowany przez autonomiczny system nawigacji SSR. Takich projektów realizowanych w Europie i na świecie jest więcej.

Naturalnym sposobem na skoordynowanie rozwoju statków autonomicznych byłoby wdrożenie międzynarodowego prawa dotyczącego wymagań technicznych oraz ubezpieczania statków i przewożonych przez nie ładunków. Międzynarodowa Organizacja Morska IMO mogłaby wdrożyć wymagania dla statków autonomicznych przez dodanie nowego rozdziału w Konwencji SOLAS. W obecnej chwili głownie towarzystwa klasyfikacyjne pracują nad określeniem wymagań dotyczących statków autonomicznych.

Statki okresowo autonomiczne

Analiza kosztów i korzyści z eksploatacji statków autonomicznych wykazuje największe oszczędności z rejsów bezzałogowych podczas długich rejsów oceanicznych. Przepłynięcie bez załogi Oceanu Atlantyckiego, Spokojnego czy Indyjskiego pozwoliło by na duże oszczędności na kosztach załogi. Należy również mieć na uwadze trudne i ryzykowne warunki żeglugi autonomicznej na małych obszarach, np. na Morzu Bałtyckim.

Zdaniem autora należy rozważyć budowę i eksploatację Statków okresowo autonomicznych z pełną autonomią podczas rejsów oceanicznych. Statki takie po przepłynięciu oceanu dopływałyby do ‘Centrum pilotażu’ gdzie na statek by mustrowała załoga z pilotem. Statek taki wpływałby do portu jak zautomatyzowana jednostka. W porcie lub na redzie były by również przeprowadzane prace serwisowe, konserwacyjne oraz by były uzupełniane media jak paliwo, oleje, woda itp. Eksploatacja Statków okresowo autonomicznych pozwalałaby w pełni wykorzystać potencjał wyszkolonych załóg statków przy wpłynięciu statku do portu i pracach wy i załadunkowych. Pozwoliłoby to również ograniczyć długie przeloty członków załogi w celu zamustrowania na statku i ograniczyłoby ich długie rozłąki z rodziną.

System informatyczny Statków okresowo autonomicznych byłby zbudowany zgodnie z koncepcją architektury rozproszonej Internetu Rzeczy IoT (Internet of Things) i dane byłyby przetwarzane blisko źródeł sygnałów na obrzeżu sieci (Edge computing). Decyzje podczas podróży oceanicznych byłyby podejmowane bezpośrednio na Statku okresowo autonomicznym przez systemy komputerowe i jeżeli byłaby dostępna łączność  to statki by mogły być sterowane i kontrolowane z Centrum sterowania na lądzie.

Wyzwania dla IMO, administracji morskich i przemysłu

W dobie koronawirusa Międzynarodowa Organizacja Morska IMO powinna położyć duży nacisk na sprawne opracowanie wymagań dotyczących statków autonomicznych i ogłoszenie tych wymagań w oddzielnej części Konwencji SOLAS. Prace te mogłyby być prowadzone  zdalnie przy pomocy środków elektronicznych, bez konieczności odbywania drogich podróży do Londynu. Również należałoby skrócić system ratyfikacji nowych wymagań tak jak tylko jest to możliwe.

Zdaniem autora przemysł jest zaangażowany w rozwój statków autonomicznych, ale bez jasno określonych wymagań technicznych prace te są niewystarczająco efektywne.

Dodatkowo należałoby rozważyć zwiększenie finansowania na projektowanie, budowę i uruchamianie statków autonomicznych.

Dobrym krokiem w tym kierunku byłaby częściowa autonomia już istniejących statków przez zainstalowanie na nich Systemów Autonomicznej Nawigacji oraz budowa i eksploatacja Statków okresowo autonomicznych opisanych wyżej, z pełną autonomią podczas podróży oceanicznych bez autonomicznego cumowania oraz za i wyładunku w porcie.

Henryk Pepliński

Konsultant d.s. Systemów Elektrycznych i Automatyki na statkach i jednostkach offshore

Artykuł powstał w ramach promocji książki autora ‘Automatyka statków i jednostek offshore’ wydanej we grudniu 2020 przez wydanej Fundację Promocji Przemysłu Okrętowego i Gospodarki Morskiej i dostępnej

https://sklep.oficynamorska.pl/pl/p/Automatyka-statkow-i-jednostek-offshore.-Praktyczny-przewodnik/409

         
Wersja książki w języku angielskim wydana przez Elsevier (USA) jest dostępna

https://www.elsevier.com/books/ship-and-mobile-offshore-unit-automation/peplinski/978-0-12-818723-4