Autonomía marítima: la realidad

El soporte del mundo real en el puente de una de las capas de cable más avanzadas del mundo aún requiere un toque personal de vez en cuando. El Servicio Marítimo de ABB puede acceder a datos remotos para prepararse de manera precisa en términos de los conjuntos de habilidades adecuados necesarios a bordo, así como anticipar las piezas y herramientas necesarias. Foto: ABB

"Desarrollaríamos productos que solían tener una vida útil esperada de tal vez 15 años, pero hoy estamos viendo el marco de tiempo para que el nuevo producto dure quizás cuatro o cinco años, y luego está siendo reemplazado por una nueva tecnología". Ketil O. Paulsen, GM de Tecnología, Tecnología KM, Investigación e Innovación, Kongsberg Maritime AS

“El nivel más alto de autonomía que veo en un futuro cercano son los ferries pequeños y los remolcadores, muy locales. "Los buques oceánicos aplicarán ciertas tecnologías autónomas, pero mantendrán a las personas a bordo: se utilizarán para conocer la situación y para aumentar la seguridad y la eficiencia". Mikko Lepisto, Vicepresidente Senior de Soluciones Digitales en ABB

“En nuestra retrospectiva de las principales transiciones que se basan en productos que brindan importantes retornos sobre el capital, tomará aproximadamente 20 años para que el 70% de la industria adopte el 'barco futuro'. Como ejemplo, los lectores deberían considerar el tiempo que tomó la sala de máquinas no tripulada para ser adoptada por la mayoría de la industria ”. Michael G. Johnson, Fundador y CEO de Sea Machines

“Veo que más personas tienen interés en automatizar y hacer autónomo una parte de la operación, no están completamente sin personal, sino que automatizan el aumento de los sistemas a bordo, operan a bordo con menos personas y se dirigen a partes específicas de la operación, como las operaciones de maquinaria. Algunos están buscando barcos totalmente no tripulados, pero en este momento son relativamente limitados ". Bjorn Johan Vartdal, Director de Programas de Investigación Marítima, DNV GL

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Si bien merriam-webster.com es conciso en su definición de "autónomo", pregunte a 10 personas en el sector marítimo qué significa para ellos el "barco autónomo" y las respuestas varían ampliamente. El logro de operaciones no tripuladas autónomas no es alto, hoy en día, en la agenda de muchos (si los hay) armadores. ¿Qué les llama la atención? Construir naves que son cada vez más 'inteligentes', con sistemas integrados y conectados que toman procesos adicionales de toma de decisiones mientras ayudan a reducir el tamaño de la tripulación (y el costo) y, en última instancia, ayudan a que las operaciones de las embarcaciones sean más seguras y eficientes.

Si bien hay ciertamente una serie de estudios y proyectos centrados en embarcaciones comerciales y operaciones no tripuladas, en general, cuando se habla de temas marítimos y de autonomía, se posiciona como una tecnología de cambio gradual en el que los sistemas a bordo se conectan cada vez más, cada vez más "inteligentes" y cada vez más capacitados para Tomar decisiones con poca o ninguna intervención humana.
"Autonomía no significa necesariamente 'no tripulado' ... Puedo ver dónde un barco autónomo puede ser un barco tripulado", dijo Mikko Lepisto, Vicepresidente Senior de Soluciones Digitales en ABB. "Decir que autónomo es solo 'no tripulado' es incorrecto. Veo una nave autónoma que puede realizar cualquier función sin la participación humana, pero el rol humano es el de supervisar lo que hace el sistema de control autónomo. Puede ser tripulado o no tripulado ".

Ketil O. Paulsen, Director General de Tecnología, Tecnología de KM - Investigación e Innovación, con más de tres décadas de experiencia en diversas áreas de desarrollo de tecnología en Kongsberg Maritime AS, está de acuerdo. Hoy evalúa las nuevas tecnologías para ver si encajan en la cartera de Kongsberg Maritime.

"Estamos desarrollando funcionalidad para los ferries para que puedan ir desde el punto A al punto B y amarrar por sí mismos. Pero la mayoría de las funciones de "autonomía" es apoyar a la tripulación a bordo, no necesariamente quitarle la tripulación. Está haciendo que sus operaciones sean más seguras y eficientes ”. Kongsberg invierte en una serie de colaboraciones colaborativas y estudios sobre operaciones marinas autónomas, siendo el pináculo el YARA Birkeland, el primer barco de contenedores totalmente eléctrico y autónomo del mundo, con cero emisiones. (Ver historia relacionada en la página 37).

Otro líder en el campo del desarrollo de buques autónomos es Siemens, y según David Grucza, Director de US Marine, Siemens Government Technologies, Inc., la opinión de Siemens difiere ligeramente. "Algunos tienen una visión de autonomía 'centrada en el puente'. Nuestra visión de la autonomía se basa en el hecho de que somos un proveedor de infraestructura de buques en materia de electrificación, digitalización y automatización. Lo miramos desde sistemas integrados de energía y electricidad. Nos fijamos en la autonomía desde la perspectiva de la infraestructura ”.

Si bien muchas de las compañías que lideran el impulso autónomo en el sector marítimo son 'Fortune 500', también hay una buena dosis de compañías jóvenes e innovadoras que se mueven con una velocidad y fuerza envidiables, como Sea Machines, que en muy poco tiempo ha estado involucrada. en algunas pruebas de alto perfil, incluso con el gigante de envío Maersk.

"Los operadores progresivos que utilizan sus embarcaciones en un dominio controlado o semicontrolado", dijo el fundador y CEO de Sea Machines, Michael G. Johnson. "Muchos de estos realizan operaciones impulsadas por tareas en situaciones donde la tecnología puede funcionar mejor que un humano en control directo".

"La autonomía es una automatización avanzada que gestiona misiones compuestas teniendo en cuenta múltiples flujos de retroalimentación variable en tiempo real", dijo Michael G. Johnson, fundador y CEO de Sea Machines. “Como ejemplo comparativo, un piloto automático tradicional se considera una automatización simple, ya que tiene muy poca o solo una señal de retroalimentación para procesar: el rumbo y el rumbo reales frente al rumbo y el rumbo establecidos, y su objetivo es mantener el rumbo establecido sin tomar nada más. en consideración, lo que significa que se requiere que el operador humano maneje los deberes de percepción de todo lo que no sea el encabezado. Un piloto automático autónomo se considera "más inteligente", lo que proporciona más valor a la operación, ya que toma en cuenta más información, como la posición del barco en relación con los riesgos registrados, el tráfico en el dominio y su relación con el rumbo previsto del barco. o la necesidad potencial de retrasar o alterar temporalmente el curso para completar con éxito la misión. Los niveles de "autonomía" se refieren a la inteligencia general o la capacidad del sistema para permitir que el operador humano extraiga del control directo. Nos referimos a nuestro producto de autonomía actual, el SM300, como un sistema de Nivel 3, lo que significa que hay un operador humano activo en partes del circuito de control de percepción y emergencia ”.
Mirándolo desde la perspectiva de la clase, Bjorn Johan Vartdal, Director de Programas de Investigación Marítima, DNV GL, es sucinto. “Las operaciones marítimas autónomas es una operación controlada por un algoritmo. Mucha gente está mezclando esto con el control remoto y la automatización, pero creo que hay una distinción entre eso y la autonomía ".

¿Qué está pasando ahora?
"Se está moviendo rápido, pero la gente no dice 'hey, necesito autonomía'", dijo Grucza de Siemens. “Están tomando los principios y aplicándolos a los diseños de newbuild. "A medida que la gente observa centrales eléctricas más robustas y confiables, lo que creo que es un pre-cursor para la autonomía, esto naturalmente lleva a agregar sistemas de almacenamiento de energía a bordo".

Uno de los mayores armadores / operadores del mundo, NYK, parece estar en sintonía con esta evaluación.

"Somos una empresa de transporte marítimo, por lo que lograr un barco autónomo no es nuestro objetivo: nuestro objetivo es operaciones más seguras, de eficiencia energética y una logística más confiable", dijo Hideyuki Ando, Gerente General Senior, División de Tecnología Marítima, Doctor en Ingeniería, Tecnología Monohakobi Institute (MTI) Co., Ltd., una compañía de investigación y desarrollo que es 100% propiedad del gigante naviero japonés NYK. “Nuestro objetivo es ser el transportista de carga más confiable. Vemos la tecnología de automatización como un apoyo a nuestro objetivo ".

Entonces, ¿dónde veremos que las naves autónomas se desarrollen primero? El consenso general apunta a rutas locales o regionales debido a que hay menos reguladores y tomadores de decisiones en juego. "Verá el tráfico local: los transbordadores y remolcadores más pequeños se desarrollan más rápidamente, porque los reguladores y operadores locales pueden moverse mucho más rápido", dijo Lepisto, de ABB, empresa que participa en un innovador proyecto de autonomía en el ferry de pasajeros de la clase de hielo controlado a distancia Suomenlinna II (Ver historia página 34). “Allí verás operaciones comerciales en pocos años. El lugar donde la autonomía y la tecnología autónoma se desarrollarán más rápidamente es en los casos en que hay barcos con tripulaciones más pequeñas a bordo, donde se utilizan sistemas "autónomos" para aumentar la seguridad y la eficiencia. Esos barcos tendrán la misma tecnología que los barcos autónomos, pero habrá humanos a bordo ... es un sistema complementario para el capitán y la tripulación. Esto se moverá más rápido porque no hay obstáculos regulatorios ".
La autonomía de conducción en todos los modos de transporte es la velocidad de la evolución de la tecnología, una velocidad que está llevando la obsolescencia del producto y del sistema a un ritmo récord.

"Desarrollaríamos productos que solían tener una vida útil esperada de tal vez 15 años", dijo Paulsen o Kongsberg, "pero hoy estamos considerando el plazo para que un producto nuevo dure tal vez cuatro o cinco años, y luego será reemplazado Por una nueva tecnología ".

Johnson of Sea Machines está de acuerdo. “Los fabricantes de equipos originales que suministran a la industria están comenzando a anunciar el final de las principales líneas de productos mecánicos y analógicos que les han servido durante décadas y las nuevas tecnologías están siendo comercializadas en gran medida por empresas líderes y de legados jóvenes. En nuestra retrospectiva de las principales transiciones que se basan en productos que brindan rendimientos significativos sobre el capital, tomará aproximadamente 20 años para que el "futuro barco" sea adoptado por el 70% de la industria. Como ejemplo, los lectores deberían considerar el tiempo que tomó la sala de máquinas no tripulada para ser adoptada por la mayoría de la industria ”, dijo Johnson.

Esta velocidad de la tecnología, a su vez, ha impulsado una consolidación corporativa en el sector marítimo a medida que las grandes empresas crecen, y ha fomentado una era de cooperación y asociación. "Solíamos desarrollar casi todo nosotros mismos, lo que hacemos ahora son más asociaciones con diferentes compañías e institutos de investigación", dijo Paulsen. Y mientras que la tecnología es generalmente el centro del espectáculo, Paulsen sostiene que la tecnología no es el principal impulsor. “Hace años los conductores eran tecnología; Ahora estamos viendo que uno de los principales impulsores es la sostenibilidad. La sostenibilidad impulsa todo lo que hacemos hoy. Todo está relacionado con la sostenibilidad ”, y también está vinculado a la autonomía.

¿Cuáles son los siguientes pasos?
Si bien términos como "digitalización" y "big data" se han convertido ya en viejos en los círculos marítimos, no se equivoquen de que la disponibilidad creciente, la transferencia sin problemas y la utilización eficiente de los datos es el principal impulsor técnico en la industria marítima actual. “Hace diez años, la mayoría de los proyectos (en MTI) eran sobre hardware, una mejor hélice, un arco bulboso, dispositivos de ahorro de energía, que se descubrieron, probaron y probaron en el mar de manera convencional. La mayoría de los proyectos en ese momento se centraban en la conservación de la energía ", dijo Ando de MTI. "Cuando ejecutamos un proyecto (hardware) sobre eficiencia energética, por ejemplo, nos dimos cuenta de que los datos son cruciales para comprender el verdadero desempeño del barco, ahora y en el futuro", dijo. Con la flota de 830 barcos de NYK, el verdadero "abrir los ojos" llegó cuando se probó la misma tecnología en barcos similares, y se descubrió que algunos barcos consumían literalmente el doble de combustible. “Después de que nos dimos cuenta de la importancia de los datos, nosotros (NYK) expandimos la instalación de los sistemas de recolección de datos en toda la flota de NYK. Instalamos nuestras propias cajas de recopilación de datos en nuestros propios barcos, unos 200 buques ".

El plan original era recopilar datos para mejorar la eficiencia energética, pero "a partir de 2012, actualizamos nuestro sistema para recopilar también datos de seguridad y eficiencia energética", ampliando la salida de datos del sensor de aproximadamente 50 puntos de datos del sensor originalmente a 1000 a 2000 puntos de datos hoy. "Recopilamos todos los datos disponibles", dijo Ando.

Si bien los datos son la "sangre" de la autonomía, se podría argumentar que el poder es el "corazón".

"Lo que veo como un próximo paso es la adopción de estas tecnologías en los barcos tripulados", dijo Lepisto de ABB. “En el lado del desarrollo, habrá un mayor enfoque en el lado de la maquinaria. Hoy en día hay un gran enfoque en los aspectos de navegación, pero hay menos discusión sobre el área de maquinaria, como los procesos de mantenimiento de los barcos que se modifican para adaptarse a la autonomía. Tiene que haber un cambio hacia un tren de potencia más eléctrico para mejorar la redundancia y la confiabilidad. Los sistemas eléctricos requieren menos mantenimiento y son más fáciles de construir en redundancia ".

"Yo diría que busquemos tipos de embarcaciones que sean regionales, donde se pueda eliminar el elemento humano por monotonía o seguridad. Creo que lo verás en los buques de la encuesta, creo que lo verás en barcos de trabajo; Creo que lo verás en los buques de protección costera. "La Marina está buscando embarcaciones autónomas y no tienen algunas de las cargas o responsabilidades regulatorias que tienen las empresas privadas, lo que les permite progresar más rápidamente". David Grucza, Director, Marina de los Estados Unidos, Siemens Government Technologies, Inc.

Grucza de Siemens está de acuerdo. “Consideramos la planta de potencia y propulsión de forma más integral como un sistema. Cuando llegas a los buques autónomos, creo que la dinámica también empieza a cambiar. Por ejemplo, la cantidad de carga eléctrica a bordo de un barco es para personas y sistemas de soporte de personas. Esa relación entre la potencia para la propulsión y la potencia para los sistemas de apoyo va a cambiar. Hoy en día, en un barco de trabajo, la mayor parte de la potencia es para propulsión, y algunos para tripulaciones y sistemas auxiliares. Esa relación cambiará, con más para la propulsión, la tecnología clave es verla sistemáticamente en lugar de solo piezas y componentes. Se trata de robusto, de confiable, y el poder y la propulsión están en el centro de la cuestión ".

Pero según Vartdal de DNV GL, el lado de la electrónica y los sensores, la navegación, ha ganado la mayor parte de la atención por una razón. “En términos de complejidad, la parte de navegación es la parte más compleja de hacer autónoma porque requiere un conocimiento de la situación en un nivel alto; Es una situación compleja. Con las funciones de la maquinaria es mucho más fácil porque allí puede tener un conjunto definido de modos de falla, mientras que con la navegación tiene una cantidad infinita de posibilidades. Eso es lo que lo hace más complejo ".

"Los próximos pasos para Sea Machines son el desarrollo continuo de funciones en nuestros productos existentes, tomados tanto de nuestra hoja de ruta como de los comentarios de los clientes", dijo Johnson. “También estamos profundamente inmersos en el avance de la tecnología de percepción de embarcaciones, es decir, la visión artificial de largo alcance que utiliza grandes conjuntos de datos e IA para“ ver ”e interpretar el dominio en torno a una embarcación operativa mediante la identificación, clasificación y seguimiento del tráfico y las obstrucciones. "Esta tecnología de Sea Machines se está probando actualmente a bordo de un barco de contenedores AP Moller-Maersk en el Mar Báltico".

Si bien la noción de que la nave atraviesa las vías fluviales del mundo produce algunas impresionantes interpretaciones artísticas del futuro, Ando de MTI sostiene que el proceso en adelante, impulsado por enormes cantidades de datos confiables, es todo menos glamoroso. “No muchos propietarios / administradores de barcos están en el nivel de aprovechar al máximo el poder de los datos”, observó, y agregó: “Creemos en ello, pero es un gran esfuerzo recopilar, limpiar y utilizar datos de manera efectiva. Es un enfoque paso a paso, de abajo hacia arriba ".

¿Cuáles son los desafíos?
"Técnicamente no creo que sea un desafío tan grande", dijo Ando de MTI. "Creo que el desafío más grande viene con la regulación, los seguros y la responsabilidad, así como la aceptación social".

En última instancia, lograr que las partes interesadas se muevan al unísono, desde los propietarios y operadores a los puertos y los proveedores de logística hasta los fabricantes de tecnología y los legisladores a las finanzas y los seguros, también equivale a hacer avanzar la autonomía marítima.

Grucza de Siemens está de acuerdo. "Todavía veo los problemas legales y regulatorios como la gran restricción para ser completamente autónomos. Yo afirmaría que ya estamos viendo muchas etapas de autonomía en la infraestructura en la actualidad. Creo que es difícil lograr una alineación con todos los diferentes actores de la cadena "(desde los barcos hasta los puertos y la logística a nivel mundial) ..." es por eso que ve que algunos de los desarrollos actuales se centran más en la región, porque simplemente tiene Menos organismos reguladores que necesita para reunirse y ponerse de acuerdo ".

"Creo que el principal desafío está definitivamente en el lado del mercado", dijo Lepisto de ABB. “El caso de negocios debe estar en su lugar para que los operadores se muevan hacia los barcos no tripulados o con menos tripulaciones. Como hemos discutido también, la regulación debe estar en su lugar, y eso comenzará a nivel local y crecerá a nacional e internacional. Con esto, también creo que debe haber una estandarización dentro de la industria con respecto a la prevención de colisiones ”, por ejemplo.

Si bien la mayoría dice que los problemas legales y financieros plantearán obstáculos, Johnson de Sea Machines advierte que la tecnología para avanzar la autonomía en el espacio marítimo, para el largo plazo, no es un asunto insignificante. "La tecnología de construcción que gestiona de forma segura los buques de varias toneladas en entornos dinámicos no es algo que deba tomarse a la ligera en ningún aspecto de la trayectoria de desarrollo", dijo Johnson. "Nuestro objetivo en este momento es conseguir suficientes unidades SM200 y SM300 en manos de operadores activos porque el uso en sus mundos nos proporciona la información necesaria para potenciar el desarrollo continuo".
Si bien Paulsen de Kongsberg también considera que la regulación es el principal obstáculo, señala un segundo desafío que también debe analizarse. “El segundo desafío es la mezcla de buques tripulados y no tripulados. Por ejemplo, en el campo de la automoción, si todos los autos fueran autónomos y pudieran hablar entre ellos, habría menos problemas. Mientras tenga autos conducidos por personas y autos autónomos, habrá más problemas ".

Y mientras la conversación y mucho debate giran en torno a la tecnología, la regulación, la maquinaria y el casco, Ando, de MTI, ve el asunto de manera clara y simple. “Podemos aplicar una tecnología fascinante, pero si el equipo no entiende (o no usa) la tecnología, es inútil. El capitán, la tripulación y la administración de la nave, todas las partes interesadas, deben estar a bordo de las nuevas actualizaciones tecnológicas para que sean efectivas ".

ESTUDIO DE CASO: Suomenlinna II ABB y el ferry de pasajeros operado a distancia

Suomenlinna II, originalmente construida en 2004, está equipada con el sistema de propulsión eléctrica Azipod para romper el hielo de ABB. Además, el ferry se adaptó con la solución de conciencia situacional ABB Ability Marine Pilot Vision en 2017. Imagen: ABB
Una reciente prueba en Helsinki, Finlandia, tuvo como objetivo demostrar "el siguiente paso" en el envío autónomo. La prueba, con ABB y Helsinki City Transport, se centró en un transbordador de pasajeros de clase de hielo controlado a distancia, Suomenlinna II. En la prueba remota, según se informa, la primera del mundo para un ferry de pasajeros existente, ABB probó con éxito la mejora de las operaciones de los buques con tecnologías que ya están disponibles para casi cualquier tipo de embarcación. Para la prueba, Suomenlinna II fue modernizada con el nuevo sistema de posicionamiento dinámico de ABB, ABB Ability Marine Pilot Control, y se dirigió desde un centro de control en Helsinki. Suuutlinna II normalmente viaja desde Helsinki a la fortaleza de Suomenlinna, un sitio del Patrimonio Mundial de la UNESCO en una isla cercana. Para el ensayo de pilotaje remoto, el ferry partió de la plaza del mercado de Helsinki, Kauppatori, y el capitán Heinonen operó de forma inalámbrica Suomenlinna II con ABB Ability Marine Pilot Control a través de un área preseleccionada del puerto de Helsinki.
El juicio se llevó a cabo durante las horas libres de la embarcación, lejos de la costa sin pasajeros a bordo, en un área libre de otras embarcaciones. Si bien ahora está equipado con el nuevo sistema de posicionamiento dinámico, la embarcación continuará operando a través de un conjunto de controles a bordo convencionales, con el modo remoto implementado solo durante la prueba. La investigación y el desarrollo continuarán con el ferry y su tripulación.
Suomenlinna II, originalmente construida en 2004, está equipada con el sistema de propulsión eléctrica Azipod para romper el hielo de ABB. Además, el ferry se adaptó con la solución de conciencia situacional ABB Ability Marine Pilot Vision en 2017.


ESTUDIO DE CASO: YARA Birkeland

“El proyecto más emocionante de hoy es YARA Birkeland; será el primer buque autónomo no tripulado que vamos a entregar ", dijo Paulsen de Kongsberg. Para lograrlo, todavía hay muchas pruebas, análisis de riesgos que llevarán a hacer realidad el proyecto. YARA Birkeland será el primer barco de contenedores totalmente eléctrico y autónomo del mundo, con cero emisiones. Kongsberg es responsable del desarrollo y la entrega de todas las tecnologías habilitadoras clave, incluidos los sensores y la integración requeridos para las operaciones de barcos remotos y autónomos, además de los sistemas de control de propulsión, propulsión y batería eléctrica. El diseño de la nave innovadora fue realizado por Marin Teknikk, finalizado en 2017. Está previsto que la embarcación se entregue desde Vard Brevik en el primer trimestre de 2020, y pasará gradualmente de operación tripulada a operación completamente autónoma para 2022.

Yara Birkeland Principales detalles
Longitud x Ancho x Profundidad79.5 x 14.8 x 10.8 m
Calado (lleno / lastre): 6 m / 3 m
Velocidad de servicio: 6 nudos.
Velocidad máxima: 13 nudos
Capacidad de carga: 120 TEU.
Peso muerto: 3,200 mt
Sistema de propulsión: eléctrico.
Propulsores: 2 vainas de azimut
Propulsores: 2 Propulsores de túnel.
Batería: 7 - 9 MWh