Verbesserung der Seeschifffahrt durch maßgeschneiderte „intelligente“ Schiffe

Innovative Technologien wie das Internet der Dinge werden in einer Reihe von Branchen genutzt. Doch nicht so in der Seeschifffahrt. Hier kommen sie immer noch nur spärlich zum Einsatz. LINCOLN kombinierte intelligente Technologien mit „schlankem faktenbasiertem Design“, um so neue spezialisierte Seeschiffe zu schaffen.

Verkehr und Mobilität

Von der Aquakultur bis zur Migrationskrise im Mittelmeer – es besteht ein dringender Bedarf an spezialisierteren, wirtschaftlich tragfähigen und umweltfreundlichen Seeschiffen. Das EU-finanzierte Projekt LINCOLN hat daher drei neue Arten von Seeschiffen entwickelt, die die Betriebskosten senken, die Wettbewerbsfähigkeit des Schiffbaus – durch niedrigere Konstruktions- und Produktionskosten – verbessern und gleichzeitig sicherere Patrouillen- und Rettungseinsätze ermöglichen. Die drei Lösungen waren: ein als Multiplattform ausgelegter Katamaran mit Hybridantrieb, der für den Transfer der Besatzung zu/von Meeresenergie- und Aquakulturplattformen optimiert ist und in Spanien entwickelt wurde; eine modulare Plattform für Hochgeschwindigkeits-Patrouillenboote, die in Norwegen entworfen und gebaut wurde sowie ein Notfallschlepper mit Bergungsfähigkeit und integriertem System zur dynamischen Positionierung per Hochdruckwasserstrahl für verbesserte Stabilität, der in Griechenland erforscht und getestet wurde.

Ansatz für ein schlankes, faktenbasiertes Design

Mit der intelligenten Lösung für Handelsschiffe namens Marine Gateway von LINCOLN können Sensoren Daten über die Leistung und den Zustand von Schiffen direkt an Bord erfassen. Die Daten können den Druck auf den Rumpf, Vibrationen und lokale kurzfristige Wettervorhersagen umfassen und werden zur Verarbeitung und Visualisierung (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Route usw.) an eine Cloud-basierte Webplattform gesendet. Dies hilft den Forschenden bei der Optimierung des Designs mithilfe eines halbautomatischen Rumpfsimulators, dem LincoSim, der auf numerischer Strömungsmechanik basiert. Darüber hinaus wurden die Daten auch in das projekteigene Instrument zur Bewertung der Lebenszyklusleistung eingespeist, das sowohl die wirtschaftlichen als auch die ökologischen Auswirkungen bereits in der frühen Entwurfsphase bewertet. „Unter Verwendung der Daten bauen wir Schiffe in einer schlanken, modularen Weise, basierend auf Plattformformen, die für verschiedene Schiffsmodelle wiederverwendet werden können. Dadurch wird die Anpassung an Kundenwünsche, die Schiffsbauzeit, die Wartung der Schiffe und die Anzahl der Teile reduziert, was die Schiffe auf lange Sicht kostengünstiger und umweltfreundlicher macht“, erläutert Forschungskoordinatorin Lucia Ramundo. Ein weiteres Kernkonzept war das „Schiff als Dienstleistung“-Geschäftsmodell des Projekts. Durch die Überwachung des Schiffes mittels seiner intelligenten Lösungen konnten im Rahmen des Projekts LINCOLN Kenntnisse über das Verhalten eines Schiffes während seiner Betriebsdauer erarbeitet werden. Dadurch ist es möglich, die Kosten des Schiffes sowie die laufende Nachsorge, Aufrüstung und Wartung zu bewerten. LINCOLN-Projektmitglieder führten verschiedene Tests für die technologischen Entwicklungen und das Schiffsdesign durch. So fanden beispielsweise mehrere Versuche auf See zur Optimierung der Datenerfassung (z. B. Sensorposition) und der Entwicklung von IoT-Lösungen statt. Dazu gehörten die Ausführung von Portweather-Algorithmen für kurzfristige Wettervorhersagen und die Oberfläche der Webplattform. Die Konstrukteurinnen und Konstrukteure nahmen auch Simulationen der Schiffe in der auf numerischer Strömungsmechanik basierenden LincoSim-Umgebung vor. Durch einen physischen Schlepptankversuch sowie Versuche auf See konnten das Design der Schiffe validiert und die Genauigkeit der LincoSim-Simulationsergebnisse bestätigt werden. Die Innovationen von LINCOLN wie das System zur dynamischen Positionierung per Hochdruckwasserstrahl, das Schiffe auch bei ausgeschaltetem Motor stabilisiert, werden den Seebehörden helfen, Rettungseinsätze besser zu steuern und die Sicherheit zu erhöhen. Außerdem werden ergonomische Designs zum Komfort der Besatzung und Fahrgäste beitragen.

Die Notwendigkeit eines kulturellen Wandels

Aktuell stehen das Marine Gateway und die IoT-Plattform kurz vor der Markteinführung. Die Kernarchitektur des Marine Gateways wurde bereits zur Entwicklung eines Industrie-4.0-Gateways mit dem Namen 4ZeroBOX verwendet, das inzwischen schon an mehrere EU-Unternehmen verkauft wurde. Zudem gibt es eine vereinfachte Version der IoT-Plattform, die für den Freizeitbootsektor kommerziell verfügbar ist. „Es hat sich als schwierig erwiesen, eingefahrene Denkweisen zu ändern, sowohl bei den Kunden, was die Akzeptanz des Preismodells ‚Schiff als Dienstleistung‘ anbelangt, als auch bei einer traditionellen Industrie in Bezug auf die Installation der Technologie“, so Ramundo. Um diese Zurückhaltung zu überwinden, sind weitere Untersuchungen zur Verbesserung der Systeminteroperabilität sowie des Datenschutzes und der Cybersicherheit erforderlich. Letztlich arbeitet das Team derzeit auch an der Feinabstimmung konsistenter Datenformate und der Verwendung auf Designebene.

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Die Notwendigkeit eines kulturellen Wandels

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