Techniek&innovatie

Nieuwe fase in digitalisering van scheepsbouw en scheepvaart


Digital twin geeft inzicht in samenhang

Branche: Maritieme Cluster, Scheepsbouw | Auteur: Hans Buitelaar | Publicatiedatum:

Een digitale kopie van een bestaand schip geeft de mogelijkheid om vanaf de wal processen en energiegebruik aan boord te controleren en simulaties te doen bij voorgestelde verbeteringen. Het internationale project Open Simulation Platform is opgezet om computerprogramma’s te ontwikkelen waarin alle boordsystemen natuurgetrouw worden nagebootst.

Reders, werven en ontwerpers krijgen een compleet overzicht van de samenhang van alle machinerie, de hydrodynamica en gebruikswaarde van schepen dankzij een exacte kopie ervan in de computer.  De ‘digital twin’ is de software kopie van een schip dat in het echt in de vaart is. De gegevens van alle apparatuur, maar ook de rompvorm, de constructie, de lading en het energieverbruik worden ingevoerd zoals die aan boord zijn gemeten. Het digitale tweelingschip verzamelt de gegevens van alle sensoren aan boord. Zo ontstaat een compleet beeld van de samenhang van alle systemen en kan met simulaties worden bekeken wat het effect zal zijn van een aanpassing op één van de vele parameters die de prestaties van een schip bepalen.

De creatie van een virtueel zusterschip is de volgende stap in de digitalisering van de scheepsbouw en scheepvaart. Na het ontwerpen van schepen met computers, inclusief plaatsen van digitale versies van apparatuur aan boord, aangevuld met monitoring van systemen via sensoren en het koppelen van machines via systeemintegratie, ontwikkelt het samenwerkingsverband Open Simulation Platform (OSP) nu een software omgeving waarin alle onderdelen en kenmerken van een schip in een overzicht worden opgenomen. Het project van klassenbureau DNV-GL, maritiem kennisinstituut SINTEF Ocean, de Noorse technische universiteit NTNU en motorenfabrikant Rolls-Royce wil een open source software platform ontwikkelen, zodat alle ontwerpers, werven en toeleveranciers daarvan gebruik kunnen maken om de gegevens van hun producten in te voeren in de digitale versie van een schip.

Open source wil zeggen dat het computerprogramma gratis beschikbaar is en dat programmeurs toegang hebben tot de code van de software, zodat ze die kunnen verbeteren of aan hun eigen specifieke gebruikswensen kunnen aanpassen. De software, ontwikkeld door partners met autoriteit in de wereldwijde scheepvaartindustrie, zou bovendien moeten uitgroeien tot een wereldwijde standaard. Zo kunnen partijen wereldwijd hun gegevens uitwisselen. De behoefte om tot een wereldstandaard te komen is mede bepalend geweest voor de keuze om de programmacode openbaar te maken en de licentie gratis.

Internationaal

In maart 2018 hebben ook Kongsberg Digital, Hyundai Heavy Industries, Vard en Offshore Simulation Centre zich bij het Joint Industry Project (JIP) van OSP gevoegd. Ook de Deense Maritieme Autoriteit zet in op snelle toepassing van het digital twin concept. Morgens Schrøder Bech, senior consultant R&D bij de DMA ziet het als een kans om schepen efficiënter en duurzamer te maken: “De potentie van de digital twin is groot, want het biedt de mogelijkheid om beslissingen te nemen over optimalisering op basis van simulatie met het digitale model, in plaats van (kostbare) tests op het echte schip. De mogelijkheden voor digitale tests zullen bovendien snel groeien als de software wijd verspreid raakt en gebruikers over de hele wereld nieuwe test en simulatie programma’s schrijven.” De Noors begonnen JIP zoekt uitbreiding met deelnemers uit andere landen. Deze zomer wordt een JIP onboarding event georganiseerd in Hamburg waarbij ook partijen uit Nederland worden uitgenodigd om in te stappen. De bedoeling is om tenminste twintig bedrijven te vinden die mee werken aan de ontwikkeling van het software platform voor digital twins.

‘Deze zomer wordt een onboarding event georganiseerd waarbij ook Nederlandse partijen worden uitgenodigd om in te stappen’

Rolls-Royce deed al bij de oprichting van OSP op 20 maart een proef met een bevoorradingsschip. Een digitale kopie werd gemaakt van een schip dat een constante verbinding tussen een platform op zee en de wal onderhoudt. De berekende prestaties van het dynamic positioning systeem werden vergelijken met de werkelijkheid aan boord. De techniek die de motorenfabrikant daarvoor gebruikte, is het beginpunt van de ontwikkelingen van OSP.

Openheid

Pogingen om een wereldstandaard voor digitalisering van de scheepvaart te realiseren, zijn eerder gestrand. Toeleveranciers zijn vaak bang dat de data die ze aanleveren om in een digitaal model van een schip toe te passen, niet veilig zijn. Concurrenten zullen de gegevens stelen en de innovatieve apparatuur nabouwen. Daarom is de digitale informatiestroom versnipperd in veel verschillende protocollen en communicatiestandaarden. Toch geloven de initiatiefnemers van OSP dat het dit keer wel gaat lukken. “Wij geloven dat openheid, ook rond de toegepaste techniek voor het maken van de simulatiesoftware voor digital twins, een bepalende factor zal blijken voor het succes”, zegt OSP projectleider Øyvind Smogeli, specialist maritieme digitalisering bij DNV-GL. “De toekomst van de maritieme sector wordt bepaald door aan elkaar verbonden systemen, die autonoom kunnen functioneren op basis van input uit andere systemen. De ontwikkeling van deze systemen is sterk afhankelijk van het doen van simulaties. Om die goed te kunnen doen, is het nodig dat verschillende bedrijven in deze industrie beter samenwerken en meer openheid bieden.”

‘De modellen die worden gedeeld zijn black boxes, waarin specificaties van de verschillende onderdelen niet zijn te herleiden’

Smogeli heeft wel geleerd van projecten uit het verleden. “De bereidheid van fabrikanten om gegevens van hun machines te delen in het platform zal voorlopig niet groot zijn. Waar we op uit zijn, is het bouwen van een platform waarin intellectueel eigendom goed beschermd is. De modellen die worden gedeeld buiten de keten van leverancier, werf en reder, zijn ‘black box’ modellen, waarin niet de exacte specificaties van de verschillende onderdelen zijn te herleiden. Alleen gegevens als totaal energieverbruik en snelheid, worden als resultaten getoond. Daarin is het OSP niet anders dan het niveau waarop vandaag de dag al informatie wordt gedeeld.”

Ingebed

In Nederland werken de TU Delft, TNO en Marin samen met bedrijven in het Joint Industry Project ‘Autonoom Varen’. Daarin wordt gewerkt aan de besturings- en controlesystemen van schepen die zonder bemanning de zee op varen. Controlemogelijkheden vanaf de wal over die schepen, de mogelijkheid om op afstand in te grijpen, zijn onderwerpen waaraan binnen dit project hard wordt gewerkt.  Dit project omvat ook een demonstratie met een eerste autonoom varend schip te doen, komende zomer op de Noordzee.

“Hoewel we het niet met name zo omschrijven, is het element van de digital twin in deze projecten ingebed”, benadrukt innovatiemanager Marnix Krikke van brancheorganisatie NMT, die het project coördineert. “De intelligente systemen aan boord, maar ook de operator aan de wal, moeten kunnen bepalen wat de gevolgen zijn van de ingrepen na verstoringen. Het is belangrijk om zelf kennis en instrumentarium te ontwikkelen, om in het hele proces niet afhankelijk te zijn van buitenlandse partijen. Rolls-Royce en Kongsberg zitten in het Scandinavische project omdat zij in de fase van massale wereldwijde digitalisering een positie willen verwerven. We moeten als Nederlandse industrie ons niet volledig afhankelijk willen maken van ontwikkelingen bij grote toeleveranciers.”

Toepasbaar

Het punt op de horizon van de Nederlandse, maar ook de Scandinavische projecten is de ontwikkeling van autonoom varende schepen. Terwijl de praktijktoepassing van schepen zonder bemanning nog ver weg lijkt te liggen, leveren de projecten gaandeweg al veel bruikbare kennis en toepassingen op die nu al worden toegepast op schepen. Smogeli: “Ik ben ervan overtuigd dat samenwerking van verschillende bedrijven in de maritieme industrie binnen het open source platform van simulatiesoftware dat we nu ontwikkelen, zal leiden tot nieuwe kansen voor die bedrijven en voor de hele scheepsbouw en scheepvaart wereldwijd. Bovendien zal het leiden tot betere en veiligere schepen en apparatuur aan boord.”

Deel deze pagina
America first

Terwijl in Scandinavië wordt gewerkt aan software voor het maken van een virtueel tweelingschip, gaat GE in de Verenigde Staten twee digital twins maken van bevoorradingsschepen van de Amerikaanse marine, de USNS William McLean en de USNS Medgar Evers van de Military Sealift Command. GE gebruikt haar computerapplicatie Predix om de prestaties van de echte schepen te vergelijken met de voorspelde prestaties in hun virtuele tweelingen. Onderpresteren duidt op slijtage en is een voorbode van storingen. Vanuit GE’s data analyse centrum in Houston wordt de bemanning ingeseind over de onderpresterende delen en worden orders gegeven voor het doen van preventief onderhoud.

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland