في حين أن merriam-webster.com مقتضبة في تعريفها "للحكم الذاتي" ، اسأل 10 أشخاص في القطاع البحري عن معنى السفينة "الذاتية" بالنسبة لهم وتختلف الإجابات على نطاق واسع. إن تحقيق العمليات المستقلة غير المأهولة ليس بالأمر العالي اليوم على جدول أعمال العديد من مالكي السفن (إن وجد). ماذا قيادة انتباههم؟ بناء سفن "ذكية" على نحو متزايد مع أنظمة متكاملة وموحدة تأخذ عمليات إضافية لصنع القرار مع المساعدة في تقليل حجم الطاقم (وتكلفته) ، وتساعد في النهاية على جعل عمليات السفن أكثر أمانًا وفعالية.
في حين أن هناك بالتأكيد عددًا من الدراسات والمشروعات التي تركز على السفن التجارية والعمليات غير المأهولة ، عادة عندما يتحول الحديث إلى الملاحة البحرية والاستقلال الذاتي ، فإنه يتم وضعه كتقنية لتغيير الخطوة حيث تصبح الأنظمة الداخلية متصلة بشكل متزايد ، "ذكية" بشكل متزايد وتمكّن بشكل متزايد من اتخاذ القرارات مع تدخل بشري ضئيل أو معدوم.
وقال ميكو ليبيستو ، نائب الرئيس الأول للحلول الرقمية في شركة ABB: "لا يعني الحكم الذاتي بالضرورة" غير المأهولة "... أستطيع أن أرى أين يمكن أن تكون السفينة المستقلة سفينة مأهولة". "القول بأن الحكم الذاتي" غير مأهول "هو غير صحيح. أرى سفينة مستقلة يمكنها القيام بأي وظيفة دون تدخل بشري ، ولكن الدور الإنساني هو الإشراف على ما يقوم به نظام التحكم المستقل. يمكن أن تكون مأهولة أو غير مأهولة. "
يوافق كيتيل O. Paulsen ، المدير العام للتكنولوجيا ، KM Technology - Research & Innovation ، مع أكثر من ثلاثة عقود من الخبرة في مجالات مختلفة من تطوير التكنولوجيا في Kongsberg Maritime AS. اليوم يقوم بتقييم التقنيات الجديدة لمعرفة ما إذا كانت تتناسب مع محفظة Kongsberg Maritime.
"نحن نعمل على تطوير وظائف للعبارات حتى يتمكنوا من الانتقال من النقطة" أ "إلى النقطة" ب "وربطهم بأنفسهم. لكن معظم وظائف "الحكم الذاتي" تدعم الطاقم على متن السفينة ، وليس بالضرورة نقل الطاقم. تستثمر Kongsberg في عدد من الشراكات والدراسات التعاونية حول العمليات البحرية المستقلة ، مع ذروتها YARA Birkeland ، أول سفينة حاويات كهربائية بالكامل ومستقلة في العالم ، بدون انبعاثات. (انظر القصة ذات الصلة في الصفحة 37).
من بين الشركات الرائدة الأخرى في مجال تطوير السفن المتمتعة بالحكم الذاتي شركة سيمنز ، ووفقًا لديفيد جروتشا ، مدير شركة البحرية الأمريكية ، شركة سيمنز الحكومية للتكنولوجيا ، تختلف رؤية شركة سيمنز قليلاً. "البعض لديه وجهة نظر" الجسر المركزي "للحكم الذاتي. تتجذر رؤيتنا للحكم الذاتي في حقيقة أننا مزود للبنية التحتية للسفن حول كهربة ورقمنة وأتمتة. نحن ننظر إليها من أنظمة الطاقة والكهرباء المتكاملة. نحن ننظر إلى الحكم الذاتي من منظور البنية التحتية ".
في حين أن العديد من الشركات الرائدة في مجال الدفع الذاتي في الملاحة البحرية هي "فورتشن 500" ، فهناك جرعة كبيرة من الشركات الناشئة والمبتكرة التي تتحرك بسرعة وقوة تحسد عليها ، مثل Sea Machines ، التي شاركت في وقت قصير جدًا في بعض التجارب البارزة ، بما في ذلك مع حمولة الشحن ميرسك.
وقال مايكل ج. جونسون ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Sea Machines: "الحكم الذاتي هو التشغيل الآلي المتقدم الذي يدير المهام المركبة مع مراعاة تيارات متعددة من ردود الفعل المتغيرة في الوقت الحقيقي". "كمثال مقارن ، يعتبر الطيار الآلي التقليدي أتمتة بسيطة ، لأنه يحتوي على عدد قليل جدًا من إشارة تغذية مرتدة واحدة فقط للمعالجة - المسار الفعلي والعنوان مقابل المسار المحدد والعنوان - وتهدف إلى الحفاظ على العنوان المحدد دون أخذ أي شيء آخر في الاعتبار ، وهذا يعني أن المشغل البشري مطلوب لإدارة واجبات الإدراك لكل شيء بخلاف العنوان. يعتبر الطيار التلقائي المستقل "أكثر ذكاء" ، ويوفر قيمة أكبر للعملية لأنه يأخذ مزيدًا من المعلومات في الاعتبار ، مثل موضع السفينة فيما يتعلق بالمخاطر المخططة وحركة المرور في المجال وعلاقته بالدورة المقصودة للسفينة ، أو الحاجة المحتملة لإبطاء أو تغيير المسار مؤقتًا من أجل إكمال المهمة بنجاح. تشير مستويات "الحكم الذاتي" إلى الذكاء العام أو قدرة النظام على تمكين المشغل البشري من الاستخراج من التحكم المباشر. نشير إلى منتج الحكم الذاتي الحالي لدينا ، SM300 ، باعتباره نظام المستوى 3 ، مما يعني أن هناك مشغلًا بشريًا نشطًا في أجزاء من حلقة الإدراك والتحكم في حالات الطوارئ. "
بالنظر إلى ذلك من منظور الصف ، فإن بيورن جوهان فارتدال ، مدير برنامج الأبحاث البحرية في DNV GL ، مقتضب. "العمليات البحرية المستقلة هي عملية تسيطر عليها خوارزمية. يخلط الكثير من الناس هذا مع التحكم عن بعد والأتمتة ، لكنني أعتقد أن هناك تمييزًا بين ذلك وبين الاستقلال الذاتي ".
ما يحدث الآن؟
وقال جروكزا من شركة سيمنز: "إنها تتحرك بسرعة ، لكن الناس لا يقولون" مهلا ، أنا بحاجة إلى الحكم الذاتي ". إنهم يأخذون المبادئ ويطبقونها على تصاميم المباني الجديدة. بينما ينظر الناس إلى محطات طاقة أكثر قوة وموثوقية ، والتي أعتقد أنها مؤشر مسبق على الحكم الذاتي ، فإن هذا يؤدي بطبيعة الحال إلى إضافة أنظمة تخزين الطاقة على متن الطائرة. "
يبدو أن أحد أكبر ملاك / مشغلي السفن في العالم ، NYK ، يتماشى مع هذا التقييم.
وقال هيديوكي أندو ، المدير العام الأول لقسم التكنولوجيا البحرية ، دكتور في الهندسة ، مونوهاكوبي تكنولوجي: "نحن شركة شحن ، لذا فإن تحقيق سفينة مستقلة ليس هدفنا: هدفنا أكثر أمانًا ، وكفاءة في استخدام الطاقة ، ولوجستيات أكثر موثوقية". Institute (MTI) Co.، Ltd. ، شركة بحث وتطوير مملوكة بنسبة 100٪ لشركة الشحن اليابانية العملاقة NYK. "هدفنا هو أن نكون شركة الشحن الأكثر موثوقية. نحن نرى أن تكنولوجيا الأتمتة تدعم هدفنا ".
إذن ، أين سنرى السفن ذاتية الحكم تتطور أولاً؟ يشير الإجماع العام إلى الطرق المحلية أو الإقليمية نظرًا لوجود عدد أقل من المنظمين وصناع القرار في اللعب. وقال Lepisto من ABB ، وهو منخرط في شركة ABB ، التي تشارك في مشروع الحكم الذاتي المبتكر على متن عبّارة الركاب ذات فئة الجليد التي يتم التحكم فيها عن بُعد ، Suomenlinna II ، "ستشاهد حركة المرور المحلية - تتطور العبّارات والسفن الأصغر حجمًا بشكل أسرع ، لأن المنظمين والمشغلين المحليين يمكنهم التحرك بشكل أسرع". (انظر صفحة القصة 34). هناك سترى عمليات تجارية في غضون سنوات قليلة. إن المكان الذي ستتطور فيه استقلالية الحكم الذاتي والتكنولوجيا بشكل أسرع هو في الحالات التي توجد فيها سفن بها أطقم أصغر على متن الطائرة ، حيث يتم استخدام أنظمة "مستقلة" لزيادة السلامة والكفاءة. سيكون لتلك السفن نفس التكنولوجيا التي تتمتع بها السفن المستقلة ، لكن سيكون هناك بشر على متنها ... إنه نظام مجاني للقبطان والطاقم. سوف يتحرك هذا أسرع لأنه لا توجد عقبات تنظيمية. "
إن استقلالية القيادة في جميع أوضاع النقل هي سرعة تطور التكنولوجيا ، وهي السرعة التي تدفع تقادم المنتج والنظام بوتيرة قياسية.
وقال بولسن أو كونجسبيرج: "سنطور منتجات كان عمرها الافتراضي المتوقع 15 عامًا ، لكننا ننظر اليوم في الإطار الزمني لمنتج جديد يدوم ربما أربع أو خمس سنوات ، ثم يتم استبداله بواسطة تكنولوجيا جديدة. "
يوافق جونسون أوف سي ماشينز. "بدأت الشركات المصنعة للمعدات الأصلية التي تزود الصناعة بالإعلان عن نهاية خطوط الإنتاج التناظرية والميكانيكية الرئيسية التي خدمتهم على مدى عقود ، ويتم تسويق التقنيات الجديدة بكثافة من قبل الشركات الرائدة القديمة والشباب. من خلال إلقاء نظرة على التحولات الرئيسية التي تعتمد على المنتجات التي تحقق عائدًا كبيرًا على رأس المال ، سيستغرق الأمر نحو 20 عامًا حتى يتم اعتماد "السفينة المستقبلية" بنسبة 70٪ من الصناعة. على سبيل المثال ، يجب على القراء النظر في الوقت الذي استغرقته غرفة المحركات غير المأهولة لتبنيها غالبية الصناعة ".
هذه السرعة التكنولوجية ، بدورها ، أدت إلى توحيد الشركات في مجال النقل البحري مع نمو الشركات الكبرى ، وتعزيز حقبة من التعاون والشراكة. وقال بولسن: "لقد اعتدنا على تطوير معظم كل شيء بأنفسنا ، وما نفعله الآن هو المزيد من الشراكات مع مختلف الشركات ومعاهد البحوث". وعلى الرغم من أن التكنولوجيا هي عمومًا نقطة عرض رئيسية ، إلا أن بولسن يجادل بأن التكنولوجيا ليست هي المحرك الرئيسي. منذ سنوات كانت المحركات هي التكنولوجيا. نحن نرى الآن واحدة من الدوافع الرئيسية هي الاستدامة. الاستدامة تقود كل ما نفعله اليوم. كل ذلك مرتبط بالاستدامة "، ويرتبط أيضًا بالحكم الذاتي.
ما هي الخطوات التالية؟
في حين أن بعض المصطلحات مثل "الرقمنة" و "البيانات الضخمة" قد أصبحت بالفعل قبة قديمة في الدوائر البحرية ، فلا غلط في أن التوافر المتزايد ، والانتقال السلس والاستخدام الفعال للبيانات هو المحرك التقني الرئيسي في الصناعة البحرية اليوم. منذ عشر سنوات ، كانت معظم المشاريع (في MTI) تتعلق بالأجهزة - مراوح أفضل ، وقوس بصلي ، وأجهزة موفرة للطاقة - تم اكتشافها واختبارها وتجربتها في البحر بطريقة تقليدية. وقال أندو من MTI إن معظم المشروعات في ذلك الوقت تركز على الحفاظ على الطاقة. "عندما ندير مشروعًا (حول الأجهزة) حول كفاءة الطاقة ، على سبيل المثال ، أدركنا أن البيانات ضرورية لفهم الأداء الحقيقي للسفينة ، الآن وفي المستقبل" ، قال. مع أسطول NYK المكون من 830 سفينة ، جاء "فتاحة العين" الحقيقية عندما تم تجربة نفس التقنية على سفن مماثلة ، ووجد أن بعض السفن تستهلك حرفيًا كمية الوقود. "بعد أن أدركنا أهمية البيانات ، قمنا بتوسيع تركيب أنظمة جمع البيانات عبر أسطول نيويورك. لقد قمنا بتركيب صناديق جمع البيانات الخاصة بنا على سفننا الخاصة ، حوالي 200 سفينة. "
كانت الخطة الأصلية هي جمع البيانات باسم تحسين كفاءة استخدام الطاقة ، ولكن "من عام 2012 قمنا بتحديث نظامنا لجمع بيانات السلامة وكذلك كفاءة الطاقة" ، مما أدى إلى توسيع مخرجات بيانات المستشعر من حوالي 50 نقطة بيانات مستشعر في الأصل إلى 1000 2000 نقطة البيانات اليوم. "نحن نجمع كل البيانات المتاحة" ، قال أندو.
في حين أن البيانات هي "دماء" الحكم الذاتي ، يمكن القول أن القوة هي "القلب".
وقال Lepisto من ABB: "ما أراه كخطوة تالية هو اعتماد هذه التقنيات على متن السفن المأهولة". "في جانب التطوير ، سيكون هناك تركيز متزايد على جانب الماكينة. يوجد اليوم تركيز كبير على الجوانب الملاحية ، ولكن هناك نقاش أقل حول مجال الآلات ، مثل عمليات صيانة السفن التي يتم تغييرها لاستيعاب الاستقلالية؟ يجب أن يكون هناك تغيير نحو مجموعة طاقة كهربائية أكثر لتحسين التكرار والموثوقية. تحتاج الأنظمة الكهربائية إلى صيانة أقل وأسهل في التكرار. "
يوافق جروكزا من شركة سيمنز. "نحن ننظر إلى محطة الطاقة والدفع بشكل أكثر شمولية كنظام. عندما تصل إلى السفن ذاتية الحكم ، أعتقد أن الديناميكية تبدأ في التغيير أيضًا. على سبيل المثال ، كم من الحمل الكهربائي على متن سفينة للأشخاص وأنظمة دعم الناس. سوف تتغير نسبة القدرة على الدفع مقابل القدرة لأنظمة الدعم. في زورق العمل اليوم ، فإن معظم القوة هي للدفع ، مع بعض الطواقم والأنظمة المساعدة. سوف تتغير هذه النسبة ، مع مزيد من الدفع ، التكنولوجيا الأساسية هي عرضها بشكل منهجي بدلاً من القطع والمكونات فقط. إنه يتعلق بالقوة ، إنه يتعلق بالموثوقية ، والقوة والدفع هما لب المسألة ".
لكن وفقًا لشركة DNV GL's Vartdal ، فإن جانب الإلكترونيات والمستشعر - الملاحة - قد حاز على نصيب الأسد من الاهتمام لسبب ما. "فيما يتعلق بالتعقيد ، فإن جزء التنقل هو الجزء الأكثر تعقيدًا الذي يجعله مستقلاً لأنه يتطلب وعيًا بالموقف على مستوى عالٍ ؛ إنه وضع معقد. من خلال وظائف الماكينة ، أصبح الأمر أسهل كثيرًا لأنه يمكن أن يكون لديك مجموعة محددة من أوضاع الفشل ، في حين يكون لديك قدر لا حصر له من الإمكانيات أثناء التنقل. هذا ما يجعله أكثر تعقيدا. "
وقال جونسون: "إن الخطوات التالية ل Sea Machines تتمثل في التطوير المستمر للميزات على منتجاتنا الحالية المأخوذة من خريطة الطريق الخاصة بنا ومن ملاحظات العملاء". "نحن أيضًا في عمق تقدم تقنية إدراك السفينة ، وهي رؤية الماكينة طويلة المدى التي تستخدم مجموعات كبيرة من البيانات ومنظمة العفو الدولية" لرؤية "وتفسير المجال حول سفينة التشغيل من خلال تحديد وتصنيف وتتبع حركة المرور والعوائق. يتم حاليًا تجربة هذه التقنية الخاصة ب Sea Machines على متن سفينة حاويات AP Moller-Maersk في بحر البلطيق. "
في حين أن فكرة السفن التي تجتاز الممرات المائية في العالم تسفر عن بعض عمليات تسليم الفنانين المثيرة للإعجاب للمستقبل ، فإن أندو من MTI يؤكد أن العملية إلى الأمام ، التي تغذيها كميات هائلة من البيانات الموثوقة ، ليست سوى براقة. "ليس هناك الكثير من مالكي / مديري السفن على مستوى الاستفادة الكاملة من قوة البيانات" ، وأضاف ، "نحن نؤمن بذلك ، لكنه جهد كبير لجمع البيانات وتنظيفها واستخدامها بفعالية. إنه نهج خطوة بخطوة ، من أسفل إلى أعلى. "
ما هي التحديات؟
وقال أندو من MTI: "من الناحية الفنية ، لا أعتقد أن هذا يمثل تحديًا كبيرًا". "أعتقد أن التحدي الأكبر يأتي مع التنظيم والتأمين والمسؤولية ، فضلاً عن القبول الاجتماعي".
وفي نهاية المطاف ، فإن دفع أصحاب المصلحة إلى التحرك في انسجام تام - من المالكين والمشغلين إلى الموانئ ومقدمي الخدمات اللوجستية إلى صانعي التكنولوجيا إلى المشرعين إلى التمويل والتأمين - هو بمثابة دفع إلى الأمام الاستقلال البحري أيضًا.
يوافق جروكزا من شركة سيمنز. "ما زلت أرى أن القضايا التنظيمية والقانونية هي العائق الكبير أمام الحكم الذاتي بالكامل. أود التأكيد على أننا نشهد بالفعل العديد من مراحل الحكم الذاتي في البنية التحتية اليوم. أعتقد أنه من الصعب تحقيق التوافق بين جميع اللاعبين المختلفين في السلسلة "(من السفن إلى الموانئ إلى الخدمات اللوجستية على مستوى العالم) ..." لهذا السبب ترى أن بعض التطورات الحالية تتركز على المنطقة ، لأنك ببساطة شديدة عدد أقل من الهيئات التنظيمية التي تحتاجها للالتقاء والاتفاق ".
وقال Lepisto من ABB: "أعتقد أن التحدي الرئيسي هو بالتأكيد في جانب السوق". "يجب أن تكون الحالة التجارية جاهزة للمشغلين للتحرك نحو السفن غير المأهولة أو السفن التي تقل أطقمها. كما ناقشنا أيضًا ، يجب أن تكون القواعد التنظيمية قائمة ، وسيبدأ ذلك محليًا وينمو إلى المستوى الوطني والدولي. مع هذا ، أعتقد أيضًا أن هناك حاجة إلى التقييس داخل الصناعة فيما يتعلق بتجنب الاصطدام "على سبيل المثال.
بينما يقول معظمهم أن القضايا القانونية والمالية ستشكل عقبات ، إلا أن شركة جونسون أوف سي ماشينز تحذر من أن التكنولوجيا اللازمة لتعزيز الحكم الذاتي في الفضاء البحري ، على المدى الطويل ، ليست مسألة تافهة. وقال جونسون: "إن بناء التكنولوجيا التي تدير بأمان السفن متعددة الأطنان في البيئات الديناميكية ليس شيئًا يستحق الاستخفاف به في أي جانب من جوانب مسار التطوير". "هدفنا الآن هو الحصول على ما يكفي من وحدات SM200 و SM300 في أيدي المشغلين النشطين لأن الاستخدام في عوالمهم يعطينا ردود فعل ضرورية لتمكين التطوير المستمر."
في حين يرى بولسن من كونجسبرج أيضًا أن التنظيم هو العقبة الرئيسية ، فإنه يشير إلى تحدٍ ثانٍ يجب التفكير فيه أيضًا. التحدي الثاني هو خلط السفن المأهولة والسفن غير المأهولة. على سبيل المثال ، في مجال السيارات ، إذا كانت جميع السيارات مستقلة وقادرة على التحدث مع بعضها البعض ، فستكون هناك مشكلات أقل. طالما لديك سيارات يقودها أشخاص وسيارات ذاتية الحكم ، فهناك المزيد من المشاكل ".
وبينما تدور المحادثة والكثير من النقاش حول التكنولوجيا والتنظيم والآلية والبدن ، يرى أندو من MTI الأمر بوضوح وبساطة. "يمكننا تطبيق تقنية رائعة ، ولكن إذا كان الطاقم لا يفهم (أو يستخدم) هذه التقنية ، فهي غير مجدية. يجب أن يكون قائد السفينة والطاقم وإدارة السفينة - جميع أصحاب المصلحة - على متن الطائرة للحصول على ترقيات تقنية جديدة حتى تكون فعالة. "
دراسة الحالة: Suomenlinna II ABB وعبّارة الركاب التي يتم تشغيلها عن بُعد
جرت المحاكمة خلال ساعات توقف السفينة ، بعيدًا عن الشاطئ ولا يوجد ركاب على متنها ، في منطقة خالية من السفن الأخرى. على الرغم من أنها مزودة الآن بنظام تحديد المواقع الديناميكي الجديد ، فستستمر السفينة في العمل عبر مجموعة من أدوات التحكم التقليدية على متن الطائرة ، مع نشر الوضع عن بُعد أثناء التجربة فقط. سيستمر البحث والتطوير مع العبارة وطاقمها.
تم بناء Suomenlinna II ، الذي تم بناؤه أصلاً في عام 2004 ، مع نظام الدفع الكهربائي Azipod المكسور بالجليد من ABB. بالإضافة إلى ذلك ، تم إعادة تجهيز العبارة مع حلول الوعي الظرفي ABB Ability Marine Pilot Vision في عام 2017.
دراسة الحالة: YARA Birkeland
"المشروع الأكثر إثارة اليوم هو YARA Birkeland؛ وقال بولسن من كونجسبرج إن هذه السفينة ستكون أول سفينة مستقلة غير مأهولة نسلمها. لتحقيق ذلك ، لا يزال هناك الكثير من الاختبارات وتحليل المخاطر الذي سيؤدي إلى جعل المشروع حقيقة واقعة. سوف تكون YARA Birkeland هي أول سفينة حاويات كهربائية ذاتية الحكم بالكامل في العالم ، بدون انبعاثات. تعتبر Kongsberg مسؤولة عن تطوير وتسليم جميع تقنيات التمكين الرئيسية بما في ذلك أجهزة الاستشعار والتكامل اللازمة لعمليات السفن عن بُعد والمستقلة ، بالإضافة إلى أنظمة التحكم في القيادة والبطارية والدفع. تم تصميم السفينة المبتكرة من قبل Marin Teknikk ، الذي تم الانتهاء منه في عام 2017. من المقرر أن يتم تسليم السفينة من Vard Brevik في الربع الأول من عام 2020 ، وسوف تنتقل تدريجياً من التشغيل المأهول إلى التشغيل المستقل بالكامل بحلول عام 2022.
Yara Birkeland التفاصيل الرئيسية
الطول × العرض × العمق 79.5 × 14.8 × 10.8 م
الجر (كامل / الصابورة): 6 م / 3 م
سرعة الخدمة: 6 عقدة
السرعة القصوى: 13 عقدة
سعة الشحن: 120 حاوية مكافئة
الوزن الخفيف: 3200 طن متري
نظام الدفع: كهربائي
المراوح: 2 السنفات القرون
الدفاعات: 2 النفق الدافع
حزمة البطارية: 7 - 9 ميجا واط