Taal selecteren

Thema's
Big Data voor het grote zeeschip

Met Maritim 4.0 checkt Big Data momenteel op de grote zeeschepen schepen van de koopvaardij in.

Terwijl Industrie 4.0 steeds concreter vorm aanneemt in de productie-automatisering, zullen de eerste cyberfysische systemen en cloud-gebaseerde netwerkstructuren voor de optimalisering van schepen, nog een tijdje uitblijven voordat ze in de vaart komen. Vooral de scheepsindustrie in Duitsland is ervan overtuigd, dat Maritim 4.0 enorme efficiëntiewinsten kan opleveren in de koopvaardij. Rooskleurige vooruitzichten voor de Duitsers? Voeren ze toch, volgens cijfers van de VDMA, wereldwijd de lijst van de leveranciers aan. Wat levert Big Data werkelijk voor de scheepvaart en welke nieuwe uitdagingen zijn hiermee verbonden?

Automatisering doet zijn intrede in de scheepvaart:

  • Energiezuinige werking door middel van netwerken van subsystemen
  • Het lezen van scheepsgegevens en sturende interventies dankzij externe toegang
  • Kostenbesparende onbemande scheepvaart
  • Evaluatie van weergegevens en aanpassing van routes om brandstof te besparen
  • De voordelen van kostenbesparing, milieubescherming en verhoogde efficiëntie zijn in strijd met een hoger risico op misbruik van gegevens en cybercriminaliteit.

In de rechtszaal en op volle zee ben je in Gods handen. Deze wijsheid heeft zijn betekenis in de 21e eeuw niet verloren. Er bestaat in de rechtszaal altijd enige onzekerheid over hoe de wetgeving uiteindelijk zal worden geïnterpreteerd. Soortgelijke onzekerheden bestaan er ook op volle zee: wanneer de schepen vaste routes volgen, blijven ze nog steeds overgeleverd aan de krachten van de natuur, de betrouwbaarheid van technologie of zelfs piraten. Hoewel sommigen het hebben over redundanties en over zekerheden in geval van uitval, filosoferen anderen dat autonome scheepvaart het risico van piraterij mogelijk kan indijken, omdat de interesse van piraten in het losgeld ligt, dat kan worden verkregen voor gijzelaars, niet voor vracht. Zullen vervoerssystemen zonder bestuurder, die al gemeengoed zijn in de logistiek, al snel het beeld van de oceanen bepalen?

Experts uit de industrie zijn overtuigd van het enorme potentieel dat Big Data heeft.

Op afstand bestuurde vrachtschepen op de internationale scheepvaartroutes zijn op dit moment nog steeds een droom van de toekomst - hoe dan ook des te meer, omdat steeds meer automatisering zijn weg vindt naar de scheepsbouw en mogelijk maakt, wat ondenkbaar was gedurende lange tijd: het netwerken van subsystemen bijvoorbeeld en een gecoördineerde en aanzienlijk energiezuiniger operatie aan boord; of de toegang op afstand vanaf het land, zowel om scheepsgegevens te lezen, maar ook om op een controlerende manier in te grijpen in de scheepsoperatie. Of er nu minder of geen personeel aan boord is, experts zoals Hauke Schlegel, Managing Director van het VDMA-department "Marine Equipment en Systems" zijn ervan overtuigd, dat er "een ongelooflijk potentieel achter Big Data" is. Waarvan - en dat verheugt Schlegel in het bijzonder - vooral de Duitse maritieme industrie als de nummer één van de wereldwijde leveranciers kan profiteren.

Groot-formaat beeldschermen bepalen nu reeds meer dan ooit het beeld op de brug van handels- en passagiersschepen.

Terwijl in de nabije toekomst ermee rekening moet worden gehouden, dat werven zullen sluiten vanwege overcapaciteit, met name in China, Japan en Korea, varen Duitse werktuigbouwkundigen en systeemintegrators in rustiger vaarwater en zien geen rooskleurige, maar toch stabiele zaken. Verwacht wordt dat de omzet in 2016 het bedrag van twaalf miljard euro zal overschrijden. En nu - de digitale revolutie als een nieuwe kans? Wat kan er eigenlijk worden bereikt met de nieuwe technologie voor schepen en scheepvaart? Bekijken we de efficiëntie, milieubescherming en veiligheid van de scheepvaartsector van naderbij.

Kostenbesparende onbemande scheepvaart

Over het algemeen lijden aanbieders van vrachtdiensten dagelijks onder hoge en toenemende kosten. De reden hiervoor is dat er te veel tonnage op de oceanen is - een gevolg van de speculaties tijdens de hoogconjunctuur jaren tussen 2004 en 2009. Dit resulteert in overcapaciteit en daarmee gepaard gaande prijsdaling. Transportdienstverleners proberen daarom door verlaging van de kosten hun rentabiliteit te bewaren. En als het gaat om het verlagen van de kosten, is het bekijken van de personeelskosten altijd de moeite waard - zelfs voor rederijen. Concreet houdt dit in: besparen op kwantiteit of kwaliteit; met andere woorden: of de ondernemingen verminderen het aantal personeelsleden aan boord of ze vertrouwen op een crew met lagere elektrotechnische kwalificaties, daarvoor echter met lagere kosten.

Van Oslo tot Frederikshaven: in de smalle fjorden van Noorwegen is de communicatie tussen land en schip nog steeds ongecompliceerd.

Beide scenario's kunnen worden gerealiseerd met behulp van automatisering. Automatiseringssystemen zijn goed in staat, om datgene over te nemen wat eerder door mensen is gedaan. En ze hebben remote-functies, waarmee experts op het land scheepsgegevens kunnen lezen, zodat ze servicewerkers op zee kunnen zeggen, wat deze moeten doen. Als het aantal arbeidskrachten aan boord tot nul daalt, zou dit verdere - zeker winstgevende effecten hebben: kleine deelsystemen, zoals kleine rioolwaterzuiveringsinstallaties, airconditioning of zeewaterontzilting, zouden niet langer aan boord vereist zijn als een schip autonoom zou reizen. Een brandstofbesparing van tien procent zou mogelijk zijn, simpelweg omdat een transportdienstverlener het hotelbedrijf uitspaart, dat hij momenteel voor de bemanning aan boord moet hebben.

Kosten qua veroorzaking eerlijk verdelen

Of het nu met of zonder personeel is: op een schip zijn er ook gebieden buiten het hotelbedrijf die efficiënter kunnen worden geëxploiteerd. Meten, evalueren, afleiden van maatregelen - hierom gaat het in deze bereiken en Maritim 4.0 biedt daarvoor uitstekende mogelijkheden. Om dit te illustreren, laten we eens kijken naar gebouwmanagment: hier worden het verbruik en de kosten in de afzonderlijke ruimten bepaald en geoptimalisserd door gegevensverzameling en netwerken. Op containerschepen vinden vergelijkbare metingen niet plaats. Daarbij veroorzaken verschillende containers wel degelijk verschillende transportkosten. Waarom - met alle standaardisatie van de afmetingen van een container - vracht niet gelijk is aan vracht, blijkt uit het voorbeeld van de "reefer".

Alles is nauw met elkaar verbonden: de grafiek toont duidelijk, hoe belangrijk Big Data en nauwe netwerking voor de moderne scheepvaart zijn.

"Reefer" verwijst naar koelcontainers, die ofwel worden gekoeld met koude lucht uit het scheepskoelingssysteem ofwel zelf een koelsysteem hebben. Dat haalt de energie uit het boordnet. In beide gevallen heeft koeling daarom een direct effect op het brandstofverbruik van het schip, omdat de generator meer elektrische energie moet genereren en dus meer vermogen van de hoofdmotor nodig heeft. Het feit dat koelcontainers hogere vrachtkosten veroorzaken dan andere, is overduidelijk. In de dagelijkse praktijk worden infrastructuurkosten echter gelijk over alle geladen containers verdeeld. Zou door een integratieve netwerktechnologie kunnen worden bepaald, hoe hoog de energiebehoefte van een "reefer" feitelijk is, zouden vrachtkosten individueel kunnen worden berekend. Voor verschillende routes zouden zo bijvoorbeeld verschillende vrachttarieven kunnen worden gedefinieerd, omdat routes in de buurt van de evenaar aanzienlijk meer elektriciteit verbruiken dan routes in koudere regio's. Technisch kan een dergelijke taak met de hedendaags beschikbare technologie worden gerealiseerd. De PFC200-controller van WAGO biedt bijvoorbeeld parallel tot de feitelijke processorprestatie ook opslagopties voor de monitoring van gegevens buiten de cloud. Een dergelijke monitoring is alleen al noodzakelijk, om de ononderbroken koudeketen te documenteren - en daarmee de operationele betrouwbaarheid van een "reefer".

Routeplanning in plaats van vol gas de oceaan over te steken

Een ander voorbeeld van de voordelen van nauwere datanetwerken kan worden gemeten in termen van brandstofverbruik. Routes om lagedrukgebieden leiden bespaart bijvoorbeeld brandstof. Daarom is het de moeite waard om weersgegevens te evalueren, niet alleen om redenen van eigen veiligheid De verdere verwerking van informatie uit de havens gaat in dezelfde richting. "Wat heb je eraan als ik op volle toeren een haven bereik en dan lang wacht op een ligplaats?", vraagt Prof. Dr.-Ing. Holger Watter, president van Flensburg University zich af. Met het oog op een zo laag mogelijk brandstofverbruik zou het veel efficiënter zijn om de vaarsnelheid zo aan te passen, dat een vracht- of containerschip stipt in een haven arriveert, zodat het onmiddellijk door kan varen naar de logistieke afhandeling.

Onopvallend geplaatst met groot effect: als beide knoppen worden ingedrukt in het geval van piraterij, vindt uitgebreid crisisbeheer op de achtergrond plaats.

Alleen al de financiële voordelen die zouden kunnen voortvloeien uit het optimaliseren van het brandstofverbruik en de ligtijden worden door experts als zo groot beschouwd dat de EU het project "Sea Traffic Management" ondersteunt. Daarin gaat het juist erom, maritieme processen met behulp van communicatie, netwerken en Big Data te harmoniseren. Het idee van het project: de gegevens van de schepen die met elkaar moeten worden gecoördineerd, worden beschikbaar gesteld in de cloud, zodat andere schepen er toegang toe hebben. Daarmee ligt voor de schepen de weg open om elkaar veilig op de scheepvaartroutes elkaar en de havens stipt, en vooral op elkaar afgestemd, te bereiken. En daar zouden uiteindelijk ook de havenexploitanten profiteren van een harmonieuze samenwerking. Ze kunnen zich voorbereiden op de komst van de schepen, moeten daardoor aanzienlijk minder logistieke ruimte voor de tussenopslag beschikbaar houden en minder capaciteit voor het afvoeren van goederen. Als gevolg hiervan hoeven vrachtwagens en treinen niet langer in de wachtlus te blijven. Dergelijke overeenkomsten zouden zowel op het gebied van milieubescherming als met oog op monetaire belangen vruchten afwerpen. "Toch zijn ze nog niet gebruikelijk in de scheepvaart", zegt Prof. Watter, die in deze context duidelijk maakt dat het voor technici op de scheepswerf steeds belangrijker wordt om verschillende scenario's correct te interpreteren. "Correct lezen en de juiste maatregelen afleiden," verlangt Watter; en, last but not least, een interface naar automatisering die over een goede usability beschikt.

Maritim 4.0 vereist meer IT-zekerheid

De brug van schepen wordt in deze context al lang gezien als een automatiseringscentrum waarin alle informatie samenkomt. Dit omvat navigatie-, communicatie- en vrachtinformatie evenals administratieve gegevens zoals inlogdocumenten of vrachtdeclaraties. In de vorm van elektronische zeekaarten of automatische identificatiesystemen (AIS) is het al mogelijk, om op de brug te zien en te ervaren, dat de digitalisering op volle zee verder doorgaat. De trend spreekt een duidelijke taal en de beschreven mogelijkheden doen hetzelfde: Big Data voor grote schepen? Ja, dat zou de moeite waard zijn!

De ASI verstrekt informatie over andere schepen op de route.

Kostenbesparing, milieubescherming en verhoogde efficiëntie hebben echter ook hun prijs: namelijk aanzienlijk hogere eisen aan de cyber-security; omdat met digitalisering, netwerken en in het bijzonder met toenemende communicatie van land tot schip, het risico van gegevensmisbruik en cybercriminaliteit aan boord groeit. Wie Maritim 4.0 zegt, moet daarom altijd ook over cyber-security spreken - en heeft het dan dus over veel meer bescherming van het schip tegen cyberaanvallen dan de operationele veiligheid van het schip zelf. Hier is het belangrijk om geschikte technologie te gebruiken om het schip, de bemanning en het milieu te beschermen door bijvoorbeeld gegevens die worden overgedragen tussen land en zee op betrouwbare wijze te coderen, toegangspunten en toegangstijden te regelen alsook enerzijds controllers te gebruiken die zijn uitgerust met "IT-Security by Design" en anderzijds als een tussenopslag kunnen fungeren, wanneer de verbinding tussen land en zee eens afbreekt.

IT-beveiliging: een permanente race

Gezien de ernstige gevolgen van scheepsongelukken is het in dit verband verrassend, dat de huidige implementatie van de IT-beveiligingswet de exploitatie van een schip niet als kritieke infrastructuren (KRITIS-ondernemingen) kwalificeert, in tegenstelling tot onshore-energie- en watervoorzieningen. Cyber-security moet in feite worden gezien als een "race" tussen fabrikanten, hackers en operators. Om flexibel te kunnen reageren op nieuwe dreigingen, is een open besturingssysteem het eerste instrument bij uitstek, omdat open source-producten niet alleen afhankelijk zijn van de fabrikant, maar door veel programmeurs gelijktijdig worden gebruikt, die veiligheidslekken sneller herkennen en gemeenschappelijk aan verbeteringen werken. De PFC-familie van WAGO is daarom gebaseerd op Linux® met realtime uitbreiding, dat functies voor cyber-security onafhankelijk van de fabrikant ter beschikking stelt en toekomstige uitbreidingsmogelijkheden biedt.

Tekst: Thorsten Sienk, Norman Südekum en Eva Banholzer | WAGO

Foto: Thorsten Sienk | WAGO