Suurta dataa suurille aluksille

Maritime 4.0: ssa suuri data on käytössä suurissa aluksissa kaupallisessa laivaliikenteessä.

Samalla kun Industry 4.0 jatkaa erityisten muotojen soveltamista prosessiautomaatiota varten, ensimmäisillä kyperfyysisillä järjestelmillä ja pilvipohjaisilla verkkorakenteilla, jotka optimoivat merenkulun toiminnot, on vielä pitkä matka, ennen kuin ne ovat valmiina merimatkalle. Ensisijaisesti saksalaiset merenkulkulaitteistojen valmistajat ovat vakuuttuneita siitä, että Maritime 4.0 antaa heille mahdollisuuden saavuttaa valtavia säästöjä kaupallisen merenkulun tehokkuudessa. Onko se vain ruusuinen pinta saksalaisessa teollisuudessa? Loppujen lopuksi ne johtavat toimittajien maailmanlaajuista listaa VDMA-tilastojen mukaan. Mitä suuret tiedot lopulta tarjoavat merenkulun alalla, ja mitä uusia haasteita liittyy suuriin datamääriin?

Näin automaatio avustaa toimituksissa:

• Energiatehokasta käyttöä linkittämällä alajärjestelmiä

• Aluksen tietojen lukeminen ja ohjaukseen puuttuminen rannalta tehtävän etäohjauksen avulla

• Pienemmät kustannukset miehittämättömistä laivauksista

• Säätietojen arviointi ja reitin muuttaminen polttoaineen säästämiseksi

• Kustannusleikkausten ympäristönsuojelun ja paremman tehokkuuden edut kohtaavat datan väärinkäytön ja kyperrikollisuuden korkean riskin.

Keskellä merta ollaan luonnon armoilla. Tämän merkitys ei ole hävinnyt 2000-luvulla. Tuomioistuimessa on aina epävarmuutta siitä, miten oikeudellinen tilanne ratkaistaan, ja vastaavia epävarmuustekijöitä vallitsee aavalla merellä. Vaikka alukset seuraisivat etukäteen määrättyjä reittejä, ne ovat luonnon, tekniikan luotettavuuden ja jopa merirosvojen armoilla. Kun toiset puhuvat redundansseista ja luotettavuudesta, toiset puhuvat itsenäisten alusten puolesta, jotka voivat vähentää merirosvojen riskiä, koska merirosvot ovat enemmän kiinnostuneita lunnaista, joita he voivat kiristää panttivangeista, eivätkä niinkään lastista. Muuttavatko ilman kuljettajaa liikkuvat kuljetusjärjestelmät, joita jo käytetään maakuljetuksissa, mielikuvaa maailman merillä?

Vaikutta siltä, että tulevaisuudessa Kiinassa, Japanissa ja Koreassa suljetaan laivatelakoita ylikapasiteetin vuoksi, saksalaiset mekaniikkasuunnittelijat matkaavat tyynemmillä vesillä. Vaikka tulevaisuus ei näyttäisikään ruusuiselta, se näyttää vakaalta. Vuonna 2016 myyntimme arvioitiin ylittävän 12 miljardiin euroon. Nyt digitaalinen vallankumous tarjoaa lisämahdollisuuden? Mitä laivat ja laivausteollisuus saavat tästä uudesta tekniikasta? Tutkitaanpa tehokkuutta, ympäristön suojelua ja turvallisuutta laivateollisuudessa tarkemmin.

Molemmat versiot voidaan toteuttaa automaation avulla. Automaattiset järjestelmät voivat ottaa haltuunsa monia pitkäkestoisia tehtäviä, joita aiemmin tekivät ihmiset. Ne mahdollistavat myös etätoiminnallisuuden, joka mahdollistaa maissa olevien asiantuntijoiden lukevan aluksen tietoja valvoakseen merellä olevaa huoltohenkilöstöä. Jos miehistöä ei laivoilla olisi enää ollenkaan, siitä olisi hyötyä: pienet alijärjestelmät, kuten jätevedenkäsittely, ilmastoinnin hallinta ja suolanpoistolaitokset poistuisivat, kun alusta ohjattaisiin itsenäisesti. Kuljetuspalvelut säästäisivät n. 10% polttoainetta, jos niissä ei tarvittaisi enää tiloja miehistön ruokkimiseen, majoittamiseen ja viihdyttämiseen.

Kylmäkuljetusalusta käytetään lastille, jota täytyy jäähdyttää aluksen jäähdytysjärjestelmällä tai sen omalla järjestelmällä. Nämä puolestaan ottavat virtaa aluksen verkosta. Molemmissa tapauksissa jäähdytys vaikuttaa suoraan aluksen polttoaineen kulutukseen, koska generaattorien täytyy syöttää sähköenergiaa ja päämoottori tarvitsee puolestaan enemmän tehoa. On selvää, että kylmäkontit ovat vastuussa suuremmista kuljetuskustannuksista verrattuna muihin kontteihin. Päivittäisessä toiminnassa kuitenkin infrastruktuurin kulut jakautuvat yhtenäisesti kaikkien konttien kesken aluksessa. Jos integroitu verkkotekniikka määrittäisi, miten suuria kylmäkuljetusaluksen energiatarpeet todellisesti olisivat, kuljetuskustannukset allokoitaisiin lähteen mukaisesti ja laskettaisiin yksittäin. Eri lastitariffeja voidaan määrittää eri reiteille, koska matkustaminen päiväntasaajan lähellä vaatii enemmän sähköä jäähdytykseen kuin viileämmillä alueilla. Teknisesti tällaiset tehtävät voidaan ratkaista ongelmitta nykyisin saatavilla olevalla tekniikalla. WAGOn PFC200 -logiikka tarjoaa esim. tallennuspotentiaalia valvontatiedoilla pilven ulkopuolella sen oman prosessorin rinnalla. Tämä valvonta on myös vaadittua keskeytymättömän kylmäketjun valvomiseksi ja näin ollen kylmäkuljetusaluksen käyttöturvallisuuden varmistamiseksi.

Asiantuntijat ovat arvioineet rahapalkkioita, jotka voivat johtua polttoaineen kulutuksen optimoinnista ja joutoajat ovat niin suuria, että EU on julkaissut "meriliikenteen hallintaprojektin". Tämä aloite pyrkii synkronoimaan kuljetuksen käyttämällä tiedonsiirtoa, verkkoa ja suurta dataa. Projektin perustila on se, että aluksen tiedot, jotka voidaan koordinoida keskenään, viedään pilveen, missä muut alukset voivat käyttää niitä. Tämä avaa polun sille, että alukset ohittavat toisensa turvallisesti reittien varrella, ja saapuvat ajallaan satamoihin oikeassa järjestyksessä. Satamaoperaattorit hyötyvät myös synkronoidusta lähetyksestä. Ne voisivat valmistautua paremmin alusten saapumiseen, mikä puolestaan johtaisi pienempään logistiikkatilaan välivarastoinnissa ja pienempään kapasiteettiin lastin kuljetuksessa. Kuorma-autot ja junat eivät joudu odottamaan tiettyjä aluksia pitkissä jonoissa. Tällaiset sopimukset kannattavat taloudellisesti ja ympäristönsuojelullisesti. “Tästä huolimatta tämä ei ole vielä yleistä laivauksessa", sanoo professori Watter, joka selvittää tässä kontekstissa, että on edelleen tärkeää, että laivan operaattori tulkitsee eri tilanteita oikein. Watter haluaa alusten miehistöjen "voivan lukea dataa oikein ja määrittämään oikean mitat", mikä tarkoittaa, että automaatiojärjestelmät tarvitsevat hyvää ihmis-kone-rajapintaa.

Kustannusleikkauksilla, ympäristön suojelulla ja paremmalla teholla on myös hintansa: selkeästi kasvaneet kyperturvallisuuden vaatimukset. Datan väärinkäytön riski ja kyperrikollisuus kasvavat digitalisaation rinnalla, verkoissa ja lisääntyvät maista-alukseen-viestinnässä. Maritime 4.0:sta keskusteltaessa on myös huomioitava kyperturvallisuus - ja tämä tarkoittaa paljon muutakin kuin aluksen varmistamista kyperhyökkäystä vastaan - siihen liittyy myös aluksen käyttöturvallisuus. Aluksen suojaamiseksi on ehdotonta, että miehistö ja ympäristö sopivine tekniikoineen, jotka siirtävät dataa maan ja meren välillä, on salattu luotettavasti. Esimerkki: käyttöpisteet ja käyttöajat ovat säänneltyjä tai käytetään logiikoita, joissa on sisäänrakennettu tietoturva. Se voi myös toimia välivarastona, jos liitäntä meren ja maan välillä estyy jostakin syystä.

Merellä sattuvien vakavien onnettomuuksien suhteen on yllättävää, että tässä kontekstissa tietoturvalain nykyinen versio ei sisällä merikuljetustoimintaa kriittisiin infrastruktuureihin liittyen, mikä on vahva kontrasti energia- ja vedenjakelussa maissa. Itse asiassa kyperturvallisuutta tulisi pitää eräänlaisena kilpailuna valmistajien, hakkereiden ja operaattorien välillä. Reagoidakseen uusiin uhkiin joustavasti, avoin käyttöjärjestelmä on ensimmäinen valinta, koska avoimen lähteen tuotteet eivät riipu ainoastaan yhdestä valmistajasta. Avoimia järjestelmiä käyttävät monet ohjelmoijat, jotka tunnistavat turva-aukkoja nopeammin ja tekevät yhteistyötä saadakseen aikaan parannuksia. Sen vuoksi WAGOn PFC-perhe perustuu Linuxiin^® reaaliaikaisella laajennettavuudella, mikä tarjoaa yhteisiä toimintoja kyperturvallisuudelle oletuksena, valmistajasta riippumatta ja tarjoaa tulevia mahdollisuuksia laajennettavuudelle.

Teksti: Thorsten Sienk, Norman Südekum ja Eva Banholzer | WAGO

Kuva: Thorsten Sienk | WAGO