Autonomia Marítima: a realidade

O suporte do mundo real na ponte de uma das mais avançadas camadas de cabos do mundo ainda requer um toque pessoal de tempos em tempos. O ABB Marine Service é capaz de acessar dados remotos para se preparar com precisão em termos de conjuntos de habilidades apropriados necessários a bordo, bem como antecipar as peças e ferramentas necessárias. Foto: ABB

"Nós desenvolveríamos produtos que costumavam ter uma vida útil esperada de talvez 15 anos, mas hoje estamos olhando para o prazo para o novo produto durar talvez quatro ou cinco anos, e então ele está sendo substituído por uma nova tecnologia." Ketil O. Paulsen, Tecnologia GM, KM Tecnologia, Pesquisa e Inovação, Kongsberg Maritime AS

“O nível mais alto de autonomia que vejo no futuro próximo é a bordo de pequenas balsas e rebocadores, muito locais. Navios oceânicos aplicarão certas tecnologias autônomas, mas manterão as pessoas a bordo: serão usadas para conscientização situacional e para aumentar a segurança e a eficiência. ”Mikko Lepisto, vice-presidente sênior de Soluções Digitais da ABB

“Ao analisar as principais transições baseadas em produtos que proporcionam retornos significativos sobre o capital, serão necessários aproximadamente 20 anos para que o 'futuro navio' seja adotado por 70% do setor. Como exemplo, os leitores devem considerar o tempo que a sala de máquinas não tripulada demorou a ser adotada pela maioria da indústria. ”Michael G. Johnson, fundador e CEO da Sea Machines

“Vejo mais pessoas interessadas em automatizar e tornar autônoma uma parte da operação, não indo totalmente sem tripulação, mas automatizando sistemas crescentes a bordo, operando a bordo com menos pessoas e visando partes específicas da operação, como operações de maquinário. Alguns estão olhando para navios totalmente não tripulados, mas no momento isso é relativamente limitado. ”Bjorn Johan Vartdal, Diretor de Programas de Pesquisa Marítima, DNV GL

Previous Next

Embora o merriam-webster.com seja sucinto na sua definição de "autónomo", pergunte a 10 pessoas no sector marítimo o que significa "navio autónomo" e as respostas variam amplamente. Conseguir operações autônomas e não-tripuladas não é alto, hoje, na agenda de muitos (se houver) armadores. O que comanda a atenção deles? Construir naves que sejam cada vez mais “inteligentes”, com sistemas integrados e conectados que assumam processos adicionais de tomada de decisões enquanto ajudam a reduzir o tamanho (e custo) da tripulação e, finalmente, ajudam a tornar as operações dos navios mais seguras e eficientes.

Embora certamente existam vários estudos e projetos focados em embarcações comerciais e operações não tripuladas, geralmente quando a conversa se volta para o marítimo e a autonomia, ela se posiciona como uma tecnologia de mudança progressiva onde os sistemas embarcados se tornam cada vez mais conectados, cada vez mais “inteligentes” e cada vez mais habilitados. tomar decisões com pouca ou nenhuma intervenção humana.
"Autonomia não significa necessariamente 'não-tripulado' ... Eu posso ver onde um navio autônomo ainda pode ser um navio tripulado", disse Mikko Lepisto, vice-presidente sênior de Soluções Digitais da ABB. “Dizer que o autônomo é apenas 'não-tripulado' está incorreto. Eu vejo uma nave autônoma que pode executar qualquer função sem envolvimento humano, mas o papel humano é de supervisionar o que o sistema de controle autônomo faz. Pode ser tripulado ou não tripulado ”.

Ketil O. Paulsen, Gerente Geral de Tecnologia, KM Technology - Research & Innovation, com mais de três décadas de experiência em diversas áreas de desenvolvimento de tecnologia na Kongsberg Maritime AS, concorda. Hoje ele avalia novas tecnologias para ver se elas se encaixam no portfólio da Kongsberg Maritime.

“Estamos desenvolvendo funcionalidades para balsas para que elas possam ir do ponto A ao ponto B e ancorarem sozinhos. Mas a maioria das funções de 'autonomia' está apoiando a tripulação a bordo, não necessariamente tirando a tripulação. Está tornando suas operações mais seguras e eficientes. ”A Kongsberg investiu em várias parcerias colaborativas e estudos sobre operações marítimas autônomas, com o auge sendo o YARA Birkeland, o primeiro navio totalmente elétrico e autônomo do mundo, com emissões zero. (Veja a história relacionada na página 37).

Outro líder no campo do desenvolvimento de navios autônomos é a Siemens e, segundo David Grucza, diretor da US Marine, da Siemens Government Technologies, Inc., a visão da Siemens é um pouco diferente. “Alguns têm uma visão 'centrada na ponte' da autonomia. Nossa visão de autonomia está enraizada no fato de sermos um fornecedor de infra-estrutura de embarcações em torno da eletrificação, digitalização e automação. Nós olhamos para isso a partir de sistemas integrados de energia e elétricos. Nós olhamos para a autonomia da perspectiva da infraestrutura. ”

Embora muitas das empresas que lideram o esforço autônomo no setor marítimo sejam "Fortune 500", há uma dose saudável também de empresas jovens e inovadoras que se movem com velocidade e força invejáveis, como a Sea Machines, que em pouco tempo esteve envolvida em alguns testes de alto perfil, inclusive com a gigante Maersk.

“Operadoras progressivas que estão usando seus navios em domínio controlado ou semi-controlado”, disse Michael G. Johnson, fundador e CEO da Sea Machines. “Muitos deles estão realizando operações orientadas por tarefas em situações em que a tecnologia pode funcionar melhor do que um ser humano sob controle direto”.

"Autonomia é automação avançada que gerencia missões compostas com a consideração de múltiplos fluxos de feedback variável em tempo real", disse Michael G. Johnson, fundador e CEO da Sea Machines. “Como um exemplo comparativo, um piloto automático tradicional é considerado automação simples, já que tem pouquíssimo se apenas um sinal de feedback para processar - o curso e rumo versus curso e rumo - e visa manter o rumo definido sem levar mais nada em consideração, o que significa que o operador humano é obrigado a gerenciar os deveres de percepção de qualquer outra coisa que não o título. Um autopiloto autônomo é considerado “mais inteligente”, proporcionando mais valor à operação, pois leva mais em conta informações, como posição da embarcação em relação aos riscos da carta, tráfego no domínio e sua relação com o rumo pretendido pela embarcação, ou a necessidade potencial de retardar temporariamente ou alterar o curso para concluir com êxito a missão. Os níveis de “autonomia” referem-se à inteligência ou capacidade geral do sistema para permitir ao operador humano extrair do controle direto. Referimo-nos ao nosso produto de autonomia atual, o SM300, como um sistema de nível 3, o que significa que há um operador humano ativo em partes do circuito de percepção e controle de emergência. ”
Olhando para ele do ponto de vista da classe, Bjorn Johan Vartdal, Diretor de Programas de Pesquisa Marítima, DNV GL, é sucinto. “Operações marítimas autônomas são uma operação controlada por um algoritmo. Muitas pessoas estão misturando isso com controle remoto e automação, mas acho que há uma distinção entre isso e autonomia ”.

O que está acontecendo agora?
"Está se movendo rapidamente, mas as pessoas não estão dizendo 'ei, eu preciso de autonomia'", disse Grucza, da Siemens. “Eles estão adotando os princípios e aplicando-os para construir novos projetos. À medida que as pessoas olham para usinas de energia mais robustas e confiáveis, o que acho que é um precursor para a autonomia, isso naturalmente leva à adição de sistemas de armazenamento de energia a bordo ”.

Um dos maiores armadores / operadores do mundo, a NYK, está aparentemente em sintonia com essa avaliação.

"Somos uma companhia de navegação, portanto, alcançar um navio autônomo não é nosso objetivo: nosso objetivo é operações mais seguras e eficientes em termos de energia e logística mais confiável", disse Hideyuki Ando, Gerente Geral Sênior da Divisão de Tecnologia Marítima, Doutor em Engenharia, Monohakobi Technology. Institute (MTI) Co., Ltd., uma empresa de pesquisa e desenvolvimento que é 100% de propriedade da gigante de transporte japonesa NYK. “Nosso objetivo é ser a transportadora de carga mais confiável. Vemos a tecnologia de automação como suporte ao nosso objetivo ”.

Então, onde vamos ver navios autônomos desenvolver primeiro? O consenso geral aponta para rotas locais ou regionais devido a menos reguladores e tomadores de decisão em jogo. "Você verá o tráfego local - pequenas balsas e rebocadores se desenvolverão mais rapidamente, porque os reguladores e operadores locais podem se mover muito mais rápido", disse Lepisto, da ABB, que está envolvida em um inovador projeto de autonomia na balsa de passageiros Suomenlinna II, controlada remotamente. (Veja a história na página 34). “Lá você verá operações comerciais em alguns anos. O local onde a autonomia e a tecnologia autônoma se desenvolverão mais rapidamente é nos casos em que há navios com tripulações menores a bordo, onde sistemas "autônomos" estão sendo utilizados para aumentar a segurança e a eficiência. Esses navios terão a mesma tecnologia que os navios autônomos, mas haverá humanos a bordo ... é um sistema complementar para o capitão e a tripulação. Isso será o mais rápido, porque não há obstáculos regulatórios. ”
A condução da autonomia em todos os modos de transporte é a velocidade da evolução da tecnologia, uma velocidade que está levando a obsolescência do produto e do sistema a um ritmo recorde.

"Nós desenvolveríamos produtos que costumavam ter uma vida útil esperada de talvez 15 anos", disse Paulsen ou Kongsberg, "mas hoje estamos olhando para o prazo para o novo produto durar talvez quatro ou cinco anos, e então ele está sendo substituído por uma nova tecnologia. ”

Johnson of Sea Machines concorda. “Os OEMs que abastecem o setor estão começando a anunciar o fim das principais linhas de produtos analógicos e mecânicos que os atendem há décadas, e as novas tecnologias estão sendo amplamente comercializadas por empresas líderes e jovens. Em nossa retrospectiva das principais transições baseadas em produtos que proporcionam retornos significativos sobre o capital, serão necessários aproximadamente 20 anos para que o “futuro navio” seja adotado por 70% da indústria. Como exemplo, os leitores devem considerar o tempo que a sala de máquinas não tripulada levou para ser adotada pela maioria da indústria ”, disse Johnson.

Essa velocidade de tecnologia, por sua vez, impulsionou uma consolidação corporativa no setor marítimo, à medida que as grandes empresas cresceram e fomentou uma era de cooperação e parceria. "Nós costumávamos desenvolver quase tudo sozinhos, o que fazemos agora são mais parcerias com diferentes empresas e institutos de pesquisa", disse Paulsen. E enquanto a tecnologia é geralmente o centro das atenções, Paulsen argumenta que a tecnologia não é o principal driver. “Anos atrás, os motoristas eram tecnologia; estamos vendo agora um dos principais impulsionadores é a sustentabilidade. A sustentabilidade impulsiona tudo o que fazemos hoje. Tudo está relacionado à sustentabilidade ”, e também está ligado à autonomia.

Quais são os próximos passos?
Embora termos como “digitalização” e “big data” já tenham se tornado obsoletos nos círculos marítimos, não se engane que a crescente disponibilidade, a transferência contínua e a utilização eficiente dos dados é o principal impulsionador técnico na indústria marítima hoje. “Dez anos atrás, a maioria dos projetos (no MTI) era sobre hardware - uma hélice melhor, um arco bulboso, dispositivos de economia de energia - que foram descobertos, testados e testados no mar de maneira convencional. A maioria dos projetos da época se concentrava na conservação de energia ”, disse Ando, da MTI. “Quando nós executamos um projeto (de hardware) sobre eficiência energética, por exemplo, percebemos que os dados são cruciais para entender o verdadeiro desempenho da embarcação, agora e no futuro”, disse ele. Com a frota de 830 navios da NYK, a verdadeira "surpresa" veio quando a mesma tecnologia foi testada em navios similares, e descobriu-se que alguns navios consumiam literalmente o dobro da quantidade de combustível. “Depois que percebemos a importância dos dados, nós (NYK) expandimos a instalação de sistemas de coleta de dados pela frota da NYK. Instalamos nossas próprias caixas de coleta de dados em nossos próprios navios, cerca de 200 embarcações ”.

O plano original era coletar dados em nome da melhoria da eficiência energética, mas “a partir de 2012 atualizamos nosso sistema para também coletar dados de segurança e eficiência energética”, expandindo a saída de dados do sensor de aproximadamente 50 pontos de dados 2000 pontos de dados hoje. "Nós coletamos todos os dados disponíveis", disse Ando.

Enquanto os dados são o "sangue" da autonomia, pode-se argumentar que o poder é o "coração".

“O que vejo como um próximo passo é a adoção dessas tecnologias em navios tripulados”, disse Lepisto, da ABB. “Do lado do desenvolvimento, haverá um foco maior no lado das máquinas. Hoje há um grande foco nos aspectos de navegação, mas há menos discussões sobre a área de máquinas, como os processos de manutenção dos navios sendo alterados para acomodar a autonomia? Tem que haver uma mudança em direção a um trem de força mais elétrico para melhorar a redundância e a confiabilidade. Os sistemas elétricos exigem menos manutenção e são mais fáceis de construir em redundância ”.

“Eu diria que vamos procurar por tipos de navios que são regionais, onde você pode retirar o elemento humano por causa de monotonia ou segurança. Eu acho que você vai ver nos navios de pesquisa, acho que você vai ver em barcos de trabalho; Eu acho que você vai ver isso em embarcações de proteção costeira. A Marinha está olhando para embarcações autônomas e eles não têm alguns dos encargos regulatórios ou passivos que as empresas privadas têm, permitindo-lhes progredir mais rapidamente. ”David Grucza, Diretor, Marinha dos EUA, Siemens Government Technologies, Inc.

Grucza, da Siemens, concorda. “Nós olhamos para a usina de força e propulsão de forma mais holística como um sistema. Quando você chega a navios autônomos, eu acho que a dinâmica começa a mudar também. Por exemplo, quanto da carga elétrica a bordo de um navio é para pessoas e pessoas que suportam sistemas. Essa relação de potência para propulsão versus potência para sistemas de suporte vai mudar. Em uma embarcação de trabalho hoje, a maior parte da energia é para propulsão, com alguns para equipes e sistemas auxiliares. Essa proporção mudará, com mais para a propulsão, a tecnologia-chave é visualizá-la sistematicamente, em vez de apenas peças e componentes. É robusto, é confiável, e poder e propulsão estão no centro da questão. ”

Mas de acordo com o Vartdal da DNV GL, o lado eletrônico e do sensor - a navegação - atraiu a maior parte da atenção por um motivo. “Em termos de complexidade, a parte de navegação é a parte mais complexa para se tornar autônoma porque requer conscientização situacional em um alto nível; É uma situação complexa. Com as funções de maquinário é muito mais fácil, porque você pode ter um conjunto definido de modos de falha, enquanto que com a navegação você tem uma quantidade infinita de possibilidades. Isso é o que torna mais complexo ”.

“Os próximos passos para a Sea Machines são o desenvolvimento de recursos contínuos em nossos produtos existentes, obtidos de nosso roteiro e do feedback dos clientes”, disse Johnson. “Estamos também profundamente no avanço da tecnologia de percepção de embarcações, ou seja, visão de longo alcance que utiliza grandes conjuntos de dados e IA para“ ver ”e interpretar o domínio em torno de uma embarcação operacional identificando, classificando e rastreando o tráfego e obstruções. Esta tecnologia da Sea Machines está sendo testada a bordo de um navio porta-contêiner AP Moller-Maersk no Mar Báltico. ”

Enquanto a noção de navio atravessando as vias navegáveis do mundo produz algumas impressionantes interpretações artísticas do futuro, Ando, da MTI, sustenta que o processo a seguir, alimentado por enormes quantidades de dados confiáveis, é tudo, menos glamouroso. “Não são muitos os donos / gerentes de navios que estão aproveitando plenamente o poder dos dados”, observou ele, acrescentando que “acreditamos nisso, mas é um grande esforço coletar, limpar e utilizar dados de forma eficaz. É uma abordagem passo a passo, de baixo para cima ”.

Quais são os desafios?
"Tecnicamente, não acho que seja um desafio tão grande", disse Ando, da MTI. “Eu acho que o maior desafio vem com regulamentação, seguro e responsabilidade, bem como aceitação social.”

Em última análise, fazer com que as partes interessadas se movimentem em uníssono - dos proprietários e operadores aos portos e prestadores de serviços de logística, aos responsáveis pela tecnologia, aos legisladores, finanças e seguros - é o mesmo que levar adiante a autonomia marítima.

Grucza da Siemens concorda. “Eu ainda vejo questões regulatórias e legais como a grande restrição para se tornar totalmente autônomo. Eu diria que já estamos vendo muitos estágios de autonomia na infraestrutura hoje. Eu acho que é difícil conseguir alinhamento em todos os diferentes jogadores da cadeia ”(de navios a portos a logística globalmente)…“ é por isso que você está vendo alguns dos desenvolvimentos atuais sendo mais focados na região, porque simplesmente você tem menos órgãos reguladores que você precisa para se reunir e concordar. ”

"Acho que o principal desafio está definitivamente no lado do mercado", disse Lepisto, da ABB. “O caso de negócios tem que estar em vigor para os operadores se moverem em direção a navios não tripulados ou navios com menos tripulações. Como discutimos também, a regulamentação precisa estar em vigor, e isso começará local e crescerá nacional e internacionalmente. Com isso, também acho que é preciso haver padronização na indústria em relação à prevenção de colisões ”, por exemplo.

Enquanto a maioria diz que questões jurídicas e financeiras trarão obstáculos, Johnson of Sea Machines adverte que a tecnologia para promover a autonomia no espaço marítimo, a longo prazo, não é uma questão insignificante. “Construir tecnologia que gerencie com segurança embarcações de várias toneladas em ambientes dinâmicos não é algo que leve em consideração em qualquer aspecto do caminho do desenvolvimento”, disse Johnson. “Nosso objetivo agora é colocar as unidades SM200 e SM300 nas mãos dos operadores ativos, porque o uso em seus mundos nos dá o feedback necessário para potencializar o desenvolvimento contínuo.”
Enquanto Paulsen, de Kongsberg, também vê a regulamentação como o principal obstáculo, ele aponta para um segundo desafio que também deve ser pensado. “O segundo desafio é a mistura de navios tripulados e navios não tripulados. Por exemplo, no campo automotivo, se todos os carros fossem autônomos e pudessem falar uns com os outros, haveria menos problemas. Contanto que você tenha carros dirigidos por pessoas e carros autônomos, há mais problemas. ”

E enquanto conversas e muitos debates sobre a tecnologia, a regulamentação, o maquinário e o casco, Ando, da MTI, vê o assunto de forma clara e simples. “Podemos aplicar uma tecnologia fascinante, mas se a equipe não entende (ou usa) a tecnologia, ela é inútil. O capitão, a tripulação e o gerenciamento de navios - todas as partes interessadas - devem estar a bordo para novas atualizações de tecnologia para que sejam eficazes ”.

ESTUDO DE CASO: Suomenlinna II ABB & a balsa de passageiros operada remotamente

O Suomenlinna II, originalmente construído em 2004, está equipado com o sistema de propulsão elétrica Azipod da ABB. Além disso, a balsa foi adaptada com a solução de conscientização situacional da ABB Ability Marine Pilot Vision em 2017. Imagem: ABB
Um teste recente em Helsinque, na Finlândia, teve como objetivo provar o "próximo passo" no transporte autônomo. O julgamento, com a ABB e a Helsinki City Transport, centrou-se em uma balsa de passageiros da classe de gelo controlada remotamente Suomenlinna II. No teste remoto, supostamente o primeiro do mundo para uma balsa de passageiros existente, a ABB testou com sucesso o aprimoramento das operações do navio com tecnologias que já estão disponíveis para praticamente qualquer tipo de embarcação. Para o teste, o Suomenlinna II foi adaptado com o novo sistema de posicionamento dinâmico da ABB, ABB Ability Marine Pilot Control, e dirigido de um centro de controle em Helsinque.Suomenlinna II normalmente viaja de Helsinque até a fortaleza de Suomenlinna, Patrimônio Mundial da UNESCO em uma ilha próxima. Para o teste de pilotagem remota, a balsa partiu da praça do mercado de Helsinque, Kauppatori, e do Capitão Heinonen operado sem fio Suomenlinna II com a ABB Ability Marine Pilot Control através de uma área pré-selecionada do porto de Helsinque.
O ensaio ocorreu durante as horas de folga da embarcação, longe da costa, sem passageiros a bordo, em uma área livre de outros navios. Embora esteja agora equipado com o novo sistema de posicionamento dinâmico, a embarcação continuará a operar por meio de um conjunto de controles de bordo convencionais, com o modo remoto implantado apenas durante o teste. A pesquisa e o desenvolvimento continuarão com a balsa e sua tripulação.
O Suomenlinna II, originalmente construído em 2004, está equipado com o sistema de propulsão elétrica Azipod da ABB. Além disso, a balsa foi adaptada com a solução de conscientização situacional da ABB Ability Marine Pilot Vision em 2017.


ESTUDO DE CASO: YARA Birkeland

“O projeto mais emocionante hoje é o YARA Birkeland; será a primeira embarcação autônoma não tripulada que vamos entregar ”, disse Paulsen, da Kongsberg. Para conseguir isso, ainda há muitos testes, análises de risco que levarão a tornar o projeto uma realidade. A YARA Birkeland será o primeiro navio de contêiner totalmente elétrico e autônomo do mundo, com emissões zero. A Kongsberg é responsável pelo desenvolvimento e fornecimento de todas as principais tecnologias capacitadoras, incluindo os sensores e a integração necessários para operações de navios remotos e autônomos, além dos sistemas de acionamento elétrico, bateria e controle de propulsão. O projeto para o navio inovador foi feito por Marin Teknikk, finalizado em 2017. O navio está previsto para ser entregue pela Vard Brevik no primeiro trimestre de 2020, e irá gradualmente passar de operação tripulada para operação totalmente autônoma até 2022.

Yara Birkeland Principais detalhes
Comprimento x Largura x Profundidade 79,5 x 14,8 x 10,8 m
Calado (cheio / lastro): 6 m / 3 m
Velocidade de serviço: 6 nós
Velocidade máxima: 13 nós
Capacidade de carga: 120 TEU
Porte bruto: 3.200 mt
Sistema de propulsão: elétrico
Hélices: 2 vagens de azimute
Propulsores: 2 Propulsor de túnel
Bateria: 7 - 9 MWh