• <
gryfia_70lat

Dlaczego statki autonomiczne to daleka przyszłość?

Henryk Pelpliński

18.12.2019 23:21 Źródło: własne
Strona główna Przemysł Stoczniowy, Stocznie, Statki Dlaczego statki autonomiczne to daleka przyszłość?

Partnerzy portalu

Dlaczego statki autonomiczne to daleka przyszłość? - GospodarkaMorska.pl

Obecnie inżynierowie i naukowcy pracują nad rozwojem statków autonomicznych, które będą pływać z częściową lub nawet bez ingerencji człowieka. Jednostki te, mając na względzie przede wszystkim bezpieczeństwo życia na morzu oraz ochronę środowiska morskiego, będą uwzględniały rozwiązania o najwyższym poziomie automatyzacji i informatyzacji. I o ile, pod względem technologicznym, z ust projektantów często pada stwierdzenie, że są na to nowe podejście gotowi, to reszta branży podchodzi do tematu ostrożnie. Dlaczego? Przede wszystkim należy pamiętać, że przemysł morski składa się z różnych grup interesów, a te, jak powszechnie wiadomo, reprezentują różne oczekiwania.

Statki autonomiczne

Zanim jednak przejdziemy do oczekiwań przemysłu oraz wyzwań, które się z nimi wiążą, należy odpowiedzieć sobie na pytanie, czym jest statek autonomiczny (z ang. Maritime Antonomous Surface Ship MASS ) i jakie są jego cechy. Komitet Bezpieczeństwa na Morzu Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO), przyjął poniższe definicje stopnia autonomii statków. I tak:

- Pierwszy stopień  – Odnosi się do statku ze zautomatyzowanymi procesami i wspomaganiem decyzji. Załoga jest na burcie i steruje funkcjami i systemami statku. Niektóre działania mogą być zautomatyzowane i czasem nienadzorowane, ale załoga na burcie jest gotowa przejąć sterowanie.
- Drugi stopień – Odnosi się do zdalnie sterowanego statku z załogą na burcie. Statek jest zdalnie sterowany z lądu. Na burcie jest załoga gotowa przejąć sterowanie funkcjami i systemami statku.
- Trzeci stopień  – Odnosi się do zdalnie sterowanego statku bez załogi na burcie. Statek jest sterowany z lądu.
- Czwarty stopień – Odnosi się do całkowicie autonomicznego statku, na którym wszystkie operacje oraz decyzje są inicjowane przez układy automatyki. System sterowania jest w stanie samodzielnie określać i podejmować decyzje.

Grupy interesów oraz ich oczekiwania

Rozróżniamy cztery główne grupy interesów firm i organizacji zaangażowanych we wdrażanie statków autonomicznych do eksploatacji. Pierwszą z nich stanowią reprezentanci właścicieli jednostek – armatorów, do kolejnych zaś zaliczamy: stocznie wraz producentami układów automatyki i zdalnego sterowania oraz towarzystwa klasyfikacyjne. Ostatnią, przedstawioną w artykule grupą, są ubezpieczyciele i członkowie P&I Clubs.

Oczekiwania Armatorów


Armatorzy, którzy będą posiadali w swojej flocie statki autonomiczne, oczekują, że ich rola będzie podobna do tej, jaką pełnią przy statkach konwencyjnych. To znaczy, odpowiedzialność za wszelkie ryzyka związane z eksploatacją przejmą: operatorzy centrum sterowania statków oraz stocznie, ich biura projektowe, dostawcy układów zdalnego sterowania i monitoringu, ich projektanci i programiści.
 
Oczekiwania branży wobec stoczni i producentów układów automatyki

Zarówno stocznie, jak i producenci układów automatyki i zdalnego sterowania, przewidują, że ich rola  w procesie eksploatacji statków autonomicznych pogłębi się. Zakładają bowiem, że będąc  odpowiedzialnymi za dostarczenie układów automatyki, zwiększą  wymagania co do ilości  przeglądów okresowych dostarczonych przez producentów urządzeń. Przedsiębiorstwa z branży morskiej, muszą więc mieć na uwadze, że wraz ze wzrostem floty autonomicznej, potrzebne będzie zwiększenie mocy przerobowych. Oznacza to, ich dodatkowe zaangażowanie w  prace serwisowe i przeglądy urządzeń w portach, do których będą zawijać jednostki.

Oczekiwania przemysłu wobec Towarzystw Klasyfikacyjnych

Towarzystwa klasyfikacyjne będą odgrywały znaczącą rolę przy ocenie bezpieczeństwa statku autonomicznego, jako strona trzecia przy zawieraniu umowy o ubezpieczenie statku i przewożonego ładunku. Oczekiwania przemysłu wobec Towarzystw Klasyfikacyjnych, dotyczą również opracowania jasnych procedur i poradników dotyczących projektowania statków autonomicznych, jak i określenia precyzyjnych zasad nadzoru nad tego typu statkami.

Oczekiwania w stosunku do ubezpieczycieli

Branża morska to również ubezpieczyciele i członkowie P&I Clubs. W stosunku do nich, przedstawiciele przemysłu, a w szczególności armatorzy i przewoźnicy, mają bardzo wysokie wymagania. Dotyczą one stworzenia systemów oceny ryzyk, związanych z eksploatacją statków autonomicznych. Wyzwania jakie przed nimi stoją, to po pierwsze, ocena stanu technicznego statku przy współpracy ze stroną trzecią – Towarzystwem Klasyfikacyjnym, a po drugie,  określenie sposobu zarządzania ryzykiem, związanym z automatycznymi systemami nawigacyjnymi oraz bezpieczeństwem cybernetycznym.

Wyzwania dla przemysłu – układy automatyki siłowni i napędu


Układy sterowania i monitoringu na statkach autonomicznych, będą wymagały zaprojektowania zaawansowanych układów automatyki siłowni i napędu, posiadających funkcje wykrywania sytuacji awaryjnych oraz biorących pod uwagę optymalne wykorzystanie statku i redundancję układu napędowego. Układy te, powinny być bardziej zaawansowane niż na dzisiejszych statkach, poprzez dodanie zaawansowanych funkcji monitorowania stanu urządzeń, tak aby zapobiec krytycznym awariom systemu podczas rejsu statku. Te systemy powinny być połączone z układami planowania przeglądów okresowych urządzeń.

Układy monitoringu powinny dostarczać niezbędne informacje do diagnostyki urządzeń, takie jak np. zbyt wysoka temperatura spowodowana przeciążeniem urządzenia, czy zbyt wysoki poziom wibracji. Informacje te, będą użyte przez systemy wspomagania decyzji w Centrum Sterowania na lądzie, aby zaplanować ich przeglądy lub remonty. Dodatkowym wyzwaniem, będzie organizacja rozszerzonej bazy danych urządzeń sterowania i monitoringu, aby zminimalizować ilość danych niezbędnych do przesłania do Centrum Sterowania.

Wyzwania dla przemysłu –  moduły czujników


Wprowadzenie do floty statków autonomicznych niesie ze sobą wiele wyzwań.  Pierwszym z nich będzie zainstalowanie na jednostce najnowocześniejszych modułów czujników, których zadaniem będzie obserwacja pokładu statku i łączenie danych z radarów (np. Systemu Automatycznej Identyfikacji AIS z obrazami z kamer pracujących w zakresie spektrum wizualnego i podczerwieni). Zadaniem tych czujników, będzie wykrycie otaczających statek autonomiczny obiektów i ustalenie na podstawie określonych algorytmów, czy są one niebezpieczne dla statku, lub czy wymagają dalszego zbadania np. pływające tratwy ratunkowe lub inne obiekty. Te moduły czujników muszą pracować w różnych warunkach pogodowych i zbierać dane tak, aby zidentyfikować wszystkie przedmioty powodujące potencjalne zagrożenie dla statku.

Ponieważ funkcje statku autonomicznego bazują na ocenie urządzeń statku, planowaniu działań oraz sprawdzeniu ich wykonania, statki autonomiczne będą wymagały instalowania nowych niezawodnych czujników oceny stanu urządzeń. Mówimy tu o np. różnego rodzaju kamerach działających w świetle dziennym i podczerwieni, kamerach typu LIDAR emitujących bezpieczne dla oczu światło laserowe itp. Te czujniki muszą być niezawodne i działać poprawnie nawet w niesprzyjających warunkach otoczenia, takich jak wzburzone morze, ciemność, mgła, burza i opady śniegu.

Zainstalowane na statkach autonomicznych czujniki powinny być też pewne w działaniu tzn. mieć jednorodną redundancję, poprzez zainstalowanie większej ilości czujników, lub niejednorodną redundancję, poprzez instalowanie czujników mierzących różne parametry i szacujące wynik bez brania pod uwagę nieoczekiwanego pomiaru. Analiza stanu urządzeń, powinna być wykonywana przez komputery dużej mocy obliczeniowej, które będą brały pod uwagę wszystkie istotne informacje zarówno wykryte, jak i zmierzone.

Zebrane przez czujniki dane będą wymagały bezpiecznych systemów komunikacji statek-ląd i statek-statek, które zapewnią niezawodną łączność i przesył danych między statkami autonomicznymi, a Centrum Sterowania na lądzie.

Wyzwania dla przemysłu - systemy nawigacyjne

Statki autonomiczne dodatkowo będą wymagać specjalnych, autonomicznych systemów nawigacyjnych, które podążając za wstępnie określonymi planami podróży i posiadając określony stopień swobody, dostosują trasę statku z uwzględnieniem aktualnych informacji o pogodzie i aktualnej sytuacji nawigacyjnej.
Ponadto, statki autonomiczne potrzebują redundantnych systemów satelitarnych ustalania pozycji statku. Pozycjonowanie będzie odbywać się bowiem, nie tylko przy pomocy amerykańskiego systemu GPS, ale dodatkowo używane będą: Europejski system Galileo, rosyjski system GLONAS, czy chiński system BDS.

Co więcej, statki autonomiczne potrzebują niezawodnych i bardziej wiarygodnych map nawigacyjnych z rozpoznanymi przestrzeniami bezpiecznymi (ZOC), lub z ryzykiem kolizji i osiadania na mieliźnie.

Wyzwania organizacyjne

Należy zaznaczyć, że dotychczas, nie określono jednak, w jaki sposób odbywać się będzie zarządzanie jednostkami autonomicznymi i kto faktycznie przejmie rolę i odpowiedzialność kapitana. Projekt MUNIN (Maritime Unmanned Navigation Through Intelligence), który był finansowany ze środków Unii Europejskiej, zakłada, że w przypadku statków autonomicznych, potrzebne będzie stworzenie, usytuowanego na lądzie Centrum Sterowania, gdzie będzie zatrudniony Operator Centrum Sterowania. Do jego obowiązków będzie należało jednoczesne monitorowanie pracy kilku statków i sterowanie nimi, przez przekazywanie dyspozycji ogólnych, typu  ‘Zmień plan podróży’.

Zgodnie z założeniami, w Centrum Sterowania będzie pracował również Inżynier Centrum Sterowania, który będzie pomagać Operatorowi w zakresie nadzoru nad pracą urządzeń na statku. Do jego zadań należeć również będzie organizacja przeglądów okresowych, oraz współpraca z firmami zdalnej diagnostyki urządzeń i ewentualne zlecenie napraw.

W skład Centrum Sterowania ma wchodzić również Zespół Awaryjny, którego głównym zadaniem będzie reagowanie na wszystkie niespodziewane zdarzenia, a w razie konieczności, będzie mógł przejąć bezpośrednie zdalne sterowanie statkiem, tak aby zapewnić odpowiednią reakcję do zaistniałej sytuacji awaryjnej.

Wdrożenie statków autonomicznych do żeglugi międzynarodowej

Rozróżniamy trzy obszary, które opóźniają wdrożenie statków autonomicznych do żeglugi międzynarodowej:

- Obszar techniczny – Istnieje potrzeba opracowania w najbliższej przyszłości niezawodnych układów automatyki, zdalnego sterowania i monitoringu oraz ich oprzyrządowania. Wiele firm już pracuje nad takimi rozwiązaniami i są one ciągle rozwijane. Jest to szansa dla przemysłu, który ją znakomicie wykorzystuje. Należy zwrócić uwagę, że wiele rozwiązań zaprojektowanych na statki autonomiczne zostało już wykorzystanych na zautomatyzowanych statkach z siłownią bezwachtową oraz na jednostkach offshore z dynamicznym pozycjonowaniem.
- Obszar prawny – Międzynarodowa organizacja Morska IMO pracuje nad wdrożeniem zmian w obowiązujących Konwencjach i Kodeksach. Prace te, są na wstępnym etapie i według autora potrwają od 5 do 10 lat. Towarzystwa Klasyfikacyjne i Zrzeszenie Towarzystw Klasyfikacyjnych, pracują również nad przepisami klasyfikacji i budowy statków autonomicznych. Przepisy te, powinny uszczegóławiać wymagania Konwencji i Kodeksów IMO oraz powinny być z nimi spójne.
- Obszar ubezpieczeń i odszkodowań – W związku z dużym kosztem budowy statków autonomicznych oraz przewożonego przez nie ładunku, firmy ubezpieczeniowe pracują nad systemami oceny ryzyka związanego z ich eksploatacją, ale prace te są na wstępnym etapie. Prace te nabiorą przyspieszenia na etapie końcowym opracowania zmian do Konwencji i Kodeksów IMO oraz ich ratyfikacji przez państwa członkowskie.

Kiedy statki autonomiczne rozpoczną żeglugę pełnomorską?

Optymistycznie, przemysł morski szacuje perspektywy wdrożenia zdalnie sterowanych statków lokalnego zasięgu do końca 2020 roku, zdalnie sterowanych statków autonomicznych bliskiego zasięgu do 2025 i zdalnie sterowanych pełnomorskich statków autonomicznych do roku 20xx… I mimo, że te dwie pierwsze daty nie wydają się być bardzo odległe, to ankieta przeprowadzona wśród uczestników Międzynarodowych Targów Morskich SMM w Hamburgu w 2018 roku, wskazuje, że jeśli chodzi o statki komercyjne, to przedstawiciele przemysłu byli bardziej sceptyczni. Tylko 32% ankietowanych wierzy w to, że autonomiczne statki komercyjne pojawią się w portach za mniej niż dwadzieścia lat, z czego większość jest pewna, że będziemy musieli czekać jeszcze czterdzieści lat.


Autor: Henryk Pepliński

Posiadający ponad czterdziestoletnie doświadczenie w branży morskiej i offshore, niezależny konsultant do spraw instalacji elektrycznych i automatyki na statkach i jednostkach offshore. Autor wydanej przez Elsevier USA we wrześniu 2019, książki "Ship and Mobile Offshore Unit Automation – A Practical Guide".

Partnerzy portalu

aste_580x100_gif_2020

Dziękujemy za wysłane grafiki.