Big Data fürs Dickschiff

Mit Maritim 4.0 checkt Big Data aktuell auf den großen Dickschiffen der Handelsschifffahrt ein.

Während Industrie 4.0 in der Fertigungsautomatisierung immer konkretere Formen annimmt, werden die ersten cyberphysischen Systeme und cloudbasierten Netzwerkstrukturen, die der Optimierung des Schiffbetriebs dienen sollen, jedoch noch eine gewisse Zeit auf Kiel liegen, bevor sie auf große Fahrt gehen. Vor allem die Schiffszulieferindustrie in Deutschland ist davon überzeugt, dass sich mit Maritim 4.0 in der Handelsschifffahrt enorme Effizienzgewinne erzielen lassen. Rosige Aussichten für die Deutschen? Führen sie doch, laut Zahlen des VDMA, weltweit die Liste der Zulieferer an. Was bringt Big Data der Schifffahrt tatsächlich und welche neuen Herausforderungen sind damit verbunden?

Vor Gericht und auf hoher See ist man in Gottes Hand. Die Weisheit hat im 21. Jahrhundert nicht an ihrer Aussagekraft verloren. Herrscht im Gerichtssaal immer eine gewisse Unsicherheit darüber, wie die Gesetzeslage am Ende ausgelegt wird, existieren auf hoher See ähnlich unberechenbare Unwägbarkeiten: Auch wenn die Schiffe auf definierten Routen unterwegs sind, bleiben sie den Naturgewalten, der Verlässlichkeit der Technik oder auch Piraten mutterseelenallein ausgeliefert. Während die einen über Redundanzen und Ausfallsicherheit sprechen, philosophieren andere darüber, dass die autonome Schifffahrt durchaus das Risiko der Piraterie bannen könnte, weil das Interesse der Piraten auf das Lösegeld abzielt, das für Geiseln erpresst werden kann und nicht etwa auf die Fracht. Bestimmen bald fahrerlose Transportsysteme, die in der Logistik bereits gang und gäbe sind, das Bild der Weltmeere?

Während in absehbarer Zukunft damit zu rechnen ist, dass vor allem in China, Japan und Korea Werften aufgrund von Überkapazitäten schließen werden, fahren deutsche Maschinenbauer und Systemintegratoren in ruhigerem Wasser und verzeichnen zwar keine rosigen, aber immerhin stabile Geschäfte. 2016 wird der Umsatz voraussichtlich die Zwölf-Milliarden-Euro-Marke übertreffen. Und nun – die digitale Revolution als weitere Chance? Was ließe sich tatsächlich mit der neuen Technik aus Schiffen und Schifffahrt rausholen? Nehmen wir Effizienz, Umweltschutz und Sicherheit der Schiffindustrie einmal näher unter die Lupe.

Beide Szenarien ließen sich mit dem Einsatz von Automatisierung durchaus realisieren. Automatisierungssysteme sind über weite Strecken durchaus dazu in der Lage, zu übernehmen, was zuvor von Menschen ausgeführt worden ist. Und sie verfügen über Remote-Funktionen, die es Experten an Land ermöglichen, Schiffsdaten zu lesen, um Servicekräften auf See sagen zu können, was sie zu tun haben. Sinkt die Personalstärke an Bord gegen Null, hätte das weitere – durchaus gewinnbringende Effekte: Kleine Teilsysteme, wie beispielsweise Kleinkläranlagen, Klimatechnik oder auch die Meerwasserentsalzung, wären an Bord nicht mehr erforderlich, wenn ein Schiff autonom unterwegs wäre. Brennstoffeinsparungen um die zehn Prozent wären alleine dadurch möglich, dass sich ein Transportdienstleister den Hotelbetrieb spart, den er derzeit an Bord für die Crew unterhalten muss.

„Reefer“ bezeichnen in der Branchensprache Kühlcontainer, die entweder mit Kaltluft aus der schiffsfesten Ladungskühlanlage gekühlt werden oder selbst über eine Kälteanlage verfügen. Die wiederum zieht die Energie aus dem Bordnetz. In beiden Fällen wirkt sich das Kühlen also direkt auf den Treibstoffverbrauch des Schiffs aus, weil der Generator mehr elektrische Energie erzeugen muss und folglich von der Hauptmaschine mehr Leistung abfordert. Dass Kühlcontainer höhere Frachtkosten verursachen als andere, liegt damit offensichtlich auf der Hand. In der täglichen Praxis indes werden Infrastrukturkosten auf alle geladenen Container gleichermaßen verteilt. Würde durch eine integrative Netzwerktechnik ermittelt, wie hoch der Energiebedarf eines „Reefers“ tatsächlich ist, ließen sich Frachtkosten verursachungsgerecht umlegen und individuell kalkulieren. Für unterschiedliche Routen könnten so beispielsweise unterschiedliche Frachttarife definiert werden, weil Touren in Äquatornähe deutlich mehr Strom verbrauchen als in kühleren Regionen. Technisch umsetzen ließen sich eine solche Aufgaben mit heute verfügbarer Technik problemlos. Die Steuerung PFC200 von WAGO bietet zum Beispiel parallel zur eigentlichen Prozessorleistung auch Speichermöglichkeiten für das Monitoring von Daten außerhalb der Cloud. Und, so ein Monitoring ist allein schon erforderlich, um die unterbrechungsfreie Kühlkette zu dokumentieren – und damit die Betriebssicherheit eines „Reefers“.

Allein der monetäre Nutzen, der aus der Optimierung von Spritverbrauch und Liegezeiten resultieren könnte, wird von Fachleuten als so groß eingeschätzt, dass die EU das Projekt „Sea Traffic Management“ fördert. In dem geht es genau darum, die Abläufe der Seeschifffahrt mit Hilfe von Kommunikation, Vernetzung und Big Data zu harmonisieren. Die Idee des Projekts: Die Daten der Schiffe, die aufeinander abgestimmt werden sollen, werden so in der Cloud zur Verfügung gestellt, dass andere Schiffe darauf zugreifen können. Damit ist der Weg frei, sicher auf den Schiffsrouten aneinander vorbeizukommen und Häfen pünktlich, vor allem aber aufeinander abgestimmt, zu erreichen. Und dort würden von einem harmonischen Miteinander letztendlich auch die Hafenbetreiber profitieren. Die können sich auf die Ankunft der Schiffe vorbereiten, müssen dadurch deutlich weniger Logistikfläche für die Zwischenlagerung vorhalten und weniger Kapazität für den Abtransport von Waren. Lkw und Züge müssten dadurch ebenfalls nicht mehr in der Warteschleife verharren. Absprachen dieser Art würden sich entsprechend sowohl mit Blick auf den Umweltschutz als auch monetär auszahlen. „Trotzdem sind sie in der Schifffahrt noch nicht üblich“, meint Prof. Watter, der in diesem Zusammenhang deutlich macht, dass es für Schiffsbetriebstechniker immer wichtiger wird, unterschiedliche Szenarien richtig zu interpretieren. „Richtig ablesen und die richtigen Maßnahmen ableiten“, fordert Watter; und damit nicht zuletzt auch eine Schnittstelle zur Automatisierung, die über eine gute Usability verfügt.

Allerdings haben Kostenreduktion, Umweltschutz und Effizienzsteigerung auch ihren Preis: nämlich deutlich gestiegene Anforderungen an die Cyber-Security; denn mit Digitalisierung, Vernetzung und insbesondere mit zunehmender Land-zu-Schiff-Kommunikation wächst an Bord auch das Risiko für Datenmissbrauch und Cyberkriminalität. Wer Maritim 4.0 sagt, muss darum auch immer von Cyber-Security sprechen – und meint damit sehr viel mehr die Sicherung eines Schiffs vor Cyberangriffen als die Betriebssicherheit des Schiffes selbst. Hier gilt es, mit geeigneten Technologien Schiff, Besatzung und Umwelt zu schützen, indem beispielsweise Daten, die zwischen Land und See übertragen werden, zuverlässig verschlüsselt werden, Zugriffspunkte und Zugriffszeiten reglementiert werden oder Steuerungen zum Einsatz kommen, die zum einen über „IT-Security by Design“ verfügen und zum anderen als Zwischenspeicher fungieren können, wenn die Verbindung zwischen Land und See einmal abreißt.

Angesichts der gravierenden Auswirkungen von Schiffshavarien überrascht es in diesem Zusammenhang, dass die derzeitige Ausführung des IT-Sicherheitssgesetzes den Schiffsbetrieb nicht zu den kritischen Infrastrukturen (KRITIS-Unternehmen) zählt – ganz im Gegensatz zur Energie- und Wasserversorgung an Land. Tatsächlich muss Cyber-Security als „Wettlauf“ angesehen werden, der zwischen Herstellern, Hackern und Betreibern stattfindet. Um flexibel auf neue Bedrohungen reagieren zu können, ist ein offenes Betriebssystem das erste Mittel der Wahl, weil Open-Source-Produkte nicht vom Hersteller allein abhängig sind, sondern von vielen Programmierern gleichzeitig genutzt werden, die Sicherheitslücken schneller erkennen und gemeinsam an Verbesserungen arbeiten. Die PFC-Familie von WAGO basiert deshalb auf Linux^® mit Echtzeiterweiterung, das von Haus aus gängige Funktionen für die Cyber-Security herstellerunabhängig zur Verfügung stellt und zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten bietet.

Text: Thorsten Sienk, Norman Südekum und Eva Banholzer | WAGO

Foto: Thorsten Sienk | WAGO