Wiele firm i instytucji pracuje nad budową statków autonomicznych. Rozwój i wdrożenie tej technologii oparte jest o różne koncepcje. Dla większości z nich, pierwszym etapem jest budowa modelu jednostki, a później badania związane z reakcją modelu i zainstalowanych w nim układów sterowania na otoczenie zewnętrzne. I mimo, że jest to sprawdzona metoda, to niestety bywa ona długa oraz mało efektywna.

Inna koncepcja rozwoju budowy statków autonomicznych polega na budowie i eksploatacji statków żeglugi przybrzeżnej, które nie muszą spełniać postanowień Międzynarodowej Organizacji Morskiej IMO. Ze względu na krótki czas żeglugi, koszty eksploatacji wynikające z braku załogi na jednostce są niewiele niższe w porównaniu do  statków z załogą przez co przedsięwzięcie staje się mało opłacalne ekonomicznie.

Obecnie ani Międzynarodowa Organizacja Morska IMO ani towarzystwa klasyfikacyjne, ubezpieczyciele statków i przewożonego przez nie ładunku, porty ani prawo międzynarodowe nie są przygotowane do nadzoru, ubezpieczenia i rozpatrywania spraw statków w pełni autonomicznych. Jednakowoż nie unikniemy budowy statków autonomicznych, ponieważ koszty związane z utrzymaniem załogi, szczególnie podczas długich podróży oceanicznych będą stale wzrastały. Dlatego też, co raz częściej do głosu dochodzą eksperci, którzy szanse na przyspieszenie budowy statków autonomicznych widzą w instalowaniu na istniejących lub nowobudowanych zautomatyzowanych statkach informatycznych systemów  autonomicznej nawigacji.

Sterowanie statkiem zautomatyzowanym

Obecnie na morzach i oceanach pływa wielka ilość zautomatyzowanych statków z siłownią okresowo bezwachtową. Statki te po spełnieniu wymagań towarzystw klasyfikacyjnych dla siłowni bezwachtowej otrzymują dodatkowy znak w symbolu klasy np. E0 (DNV GL), ACCU (ABS), AUT (PRS). Towarzystwa klasyfikacyjne opracowały również dodatkowe wymagania certyfikacji dla układów sterowania statków z mostka np. NAUT (DNV GL), ABCU (ABS), NAV 1 (PRS). Urządzenia zainstalowane na zautomatyzowanych statkach pozwalają załodze sterować jednostką w podróży morskiej i zacumować w porcie. Przez większą część rejsu sterowanie napędem: silnikiem głównym lub/i sterami strumieniowymi statku odbywa się z mostka nawigacyjnego przy użyciu autopilota.

Sterowanie statkiem autonomicznym

Statek autonomiczny jest to statek wykonujący żeglugę morską niezależnie od ludzkiej ingerencji w układy sterowania. Omówiona w artykule koncepcja przyśpieszenia rozwoju budowy statków autonomicznych zakłada zbudowanie i zainstalowanie na statku z klasa automatyki siłowni i certyfikowanym systemem sterowania statku z mostka nawigacyjnego, dodatkowego informatycznego systemu autonomicznej nawigacji, który będzie składał się z następujących modułów:

- ‘Inteligentny Nawigator’ – komputerowy układ sterowania do którego będą podłączone układy wejściowe z: satelitarnych systemów ustalania pozycji statku GPS (Amerykański), Galileo (Europejski), GLONAS (Rosyjski), BDS (Chiński), logu, echosondy, map elektronicznych ECDIS oraz specyficznych dla statków autonomicznych niezawodnych i działających w różnych warunkach środowiskowych czujników i kamer z rozpoznawaniem obrazu działających na podczerwień i typu LIDAR itp. Do ‘Inteligentnego nawigatora’ zostaną przekazane również dane planu podróży a jego układ wyjściowy będzie sterował układem napędowym statku, urządzeniem sterowym i autopilotem.
- ‘Inteligentny Mechanik’ – komputerowy układ sterowania do którego będą podłączone sygnały z Zintegrowanego Systemu Sterowania (IAS) siłownią, którego algorytmy sterowania pozwolą na zarządzanie mediami statku takie jak paliwo, olej smarny, woda morska i słodka itp. oraz będzie monitorował stan maszyn w siłowni i na pokładzie i przekazywały do biura armatora dane do planowania napraw i konserwacji urządzeń.
- ‘Manager Statku Autonomicznego’ – komputerowy układ sterowania, który będzie nadzorował działanie ‘Inteligentnego Nawigatora’ i ‘Inteligentnego Mechanika’ a który w przypadku wykrycia niesprawności jakiegokolwiek podsystemu układu sterowania przejmie kontrolę nad jednostką i przekaże niezbędne informacje do biura armatora.

Instalacja Informatycznego systemu autonomicznej nawigacji

Informatyczny system autonomicznej nawigacji będzie zbudowany zgodnie z koncepcją architektury rozproszonej Internetu Rzeczy IoT (Internet of Things) i dane będą przetwarzane blisko źródeł sygnałów na obrzeżu sieci (Edge computing). Informatyczny system autonomicznej nawigacji będzie sterował statkiem w czasie rzeczywistym i tylko niezbędna ilość danych będzie przesyłana do przetwarzania w ‘chmurze’, głownie dla kontaktów a armatorem jednostki. Przetwarzanie danych na obrzeżu sieci (Edge computing) pozwoli to na zwiększenie bezpieczeństwa cybernetycznego żeglugi. Zaletą stosowania Informatycznego systemu autonomicznej nawigacji jest możliwość jego zainstalowania na istniejących statkach wyposażonych w zintegrowany system automatyki (IAS). Instalacja ta będzie polegała nie tylko na zainstalowaniu wyżej opisanego informatycznego systemu autonomicznej nawigacji, ale również na wykonaniu niezbędnych interfejsów umożliwiających odbiór danych z zainstalowanych na istniejącym statku urządzeń nawigacyjnych, takich jak radary, echosonda, log, AIS, ECDIS itp.

Wyzwanie dla przemysłu

Budowa statków autonomicznych jest dużym wyzwaniem nie tylko dla firm które produkują systemy automatyki takich jak Kongsberg, Wartsila, ABB, Honeywell, Mitsui itd. ale również dla dostawców systemów komputerowych i oprogramowania do przetwarzania danych na obrzeżu sieci (Edge computing), takich jak IBM, Intel, Google itd. oraz dla dostawców urządzeń/elementów systemu takich jak Sea Machines Robotics, Shone Automation, Buffalo Automation itd.

To, czy informatyczny system autonomicznej nawigacji przyspieszy budowę całkowicie autonomicznych statków, zależy w dużej mierze od wymienionych wyżej firm, instytucji badawczych zajmujących się tą tematyką jak również od armatorów którzy zdecydują się na budowę nowoczesnych statków przyszłości. Na pewno jest to jednak koncepcja, którą warto brać pod uwagę podczas prac badawczych nad rozwojem statków autonomicznych.

Autor: Henryk Pepliński
Konsultant d.s. Systemów Elektrycznych i Automatyki na statkach i jednostkach offshore

Artykuł powstał w ramach promocji książki autora ‘Ship and Mobile Offshore Unit Automation’ wydanej we wrześniu 2019 przez wydanej Elsevier (USA) i dostępnej
https://www.elsevier.com/books/ship-and-mobile-offshore-unit-automation/peplinski/978-0-12-818723-4