WIE INTELLIGENT KANN EIN SCHIFF SEIN?

WIE INTELLIGENT KANN EIN SCHIFF SEIN? Prof. Dr.-Ing. Carlos Jahn, 4. Seeschiffs-Sicherheits-Konferenz, Berlin, 06.-07.11.2018 Seite 1

Gliederung 1 Einführung 2 Projektbeispiele 3 Perspektiven Seite 2

Gliederung 1 Einführung 2 Projektbeispiele 3 Perspektiven Seite 2

Vorlauf Technologie-Treiber Digitalisierung Datenanalysen & Maschinelles Lernen (KI) Simulation & Optimierung Automatisierung Hauptlauf Hafen- und Terminalentwicklung Schiffs- und Flottenmanagement Nachlauf Nautik und Seeverkehr

Definitionen zu Intelligenz und Künstlicher Intelligenz (KI)! Intelligenz! ist die Fähigkeit des Menschen, abstrakt und vernünftig zu denken und daraus zweckvolles Handeln abzuleiten.! ist Selbstorganisation, in der Information verarbeitet wird. Toshiyuki Nakagaki 1! Künstliche Intelligenz (KI) ist ein Teilgebiet der Informatik, welches sich mit der Automatisierung intelligenten Verhaltens und dem Maschinellen Lernen befasst.! starke KI: Intelligenz erschaffen, die das menschliche Denken mechanisieren soll! schwache KI: konkrete, abgegrenzte Anwendungsprobleme 1 Stangl, W. (2018). Stichwort: 'Intelligenz'. Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik. WWW: http://lexikon.stangl.eu/394/intelligenz/ (2018-10-31)

KI als größter technischer Trend in der IT VDI-Mitgliederbefragung zu CeBIT, Juni 2018 Seite 6

Sheridans Levels of Automation 1 The human operator does the task and turns it over to the computer to implement. Lloyd s Register Autonomy Levels 2 The computer helps by determining the options. 3 The computer helps determine and suggests options. The human operator can choose to Bureau follow the Veritas recommendation. Level of Automation 4 The computer selects the action and the human operator decides if it should or should not be done. IMO MSC 99 s degrees of autonomy 5 The computer selects! Ship the with action automated and implements processes it if the human and decision operator approves support the action. Seafarers are onboard to operate and control shipboard systems and functions. Some 6 The computer selects operations the action may and be informs automated. the human operator in case the operator wants to cancel the action.! Remotely controlled ship with seafarers onboard 7 The computer does the action and tells the human operator what is did. The ship is controlled and operated from another location, but seafarers are onboard. 8 The computer does the action and tells the human only if the human operator asks.! Remotely controlled ship without seafarers onboard 9 The computer does The the ship action is when controlled told and and tells operated the human from operator another only location. if the There are no seafarers onboard. computer decides the operator should be told.! Fully autonomous ship 10 The computer does the action if it decides it should be done. The computer tells the The operating system of the ship is able to make decisions and determine actions by itself. human operator only if it decides the operator should be told. Seite 7 Sheridan, Thomas B. (2011): Adaptive Automation, Level of Automation, Allocation Authority, Supervisory Control, and Adaptive Control: Distinctions and Modes of Adaptation. In: IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics - Part A: Systems and Humans 41 (4), S. 662 667. Online verfügbar unter 10.1109/TSMCA.2010.2093888

acatech Definition: Autonomes System! kann ohne menschliche Steuerung ein vorgegebenes Ziel selbständig und an die Situation angepasst erreichen.! ist fähig, die Umgebung über Sensoren wahrzunehmen, proaktiv und situationsge-recht einen angemessenen Handlungsplan zu generieren und über Aktoren sicher und zuverlässig auszuführen. Bild: Fachforum Autonome System, acatech, 2017

Das Schiff als autonomes System Elemente der Systemarchitektur, Aufgabenfelder Sensoren Kommunikation Technik Landkontrolle Nautik KI Logistik Aktoren

Aufgabenfelder Nautik! Routenplanung! Ziel und Zeit, Schiffscharakteristik, Wetter! Verkehrssituation, historisches Wissen,! Routenführung! Kollisionsverhütung, Wetter, Schiffsstabilität, Strandungsvermeidung, gute Seemannschaft! Trimm,! Kommunikation! Meldungen absetzen, Route übermitteln! Fernüberwachung, Fernsteuerung! Seite 10

Aufgabenfelder Technik! Zustandserfassung! Zustandsanalyse und Schadenserkennung! Zustandsprognose! Erkennen drohender Schäden! IH-Bedarf spezifizieren, kommunizieren, planen! Zustandsabhängige Reaktionen! Betriebsprofile anpassen! Systeme abschalten! Ersatzsysteme aktivieren! Bild: RCPO/Peter Neumann Seite 11

Aufgabenfelder Logistik! Unterstützungsbedarf anfordern! Nautik: Lotse, Liegeplatz, Schlepper, Festmacher,! Technik: IH-Dienstleistungen, Ersatzteile,! Logistikpartner informieren! ETA! Ladungsdaten! Stauplanung übermitteln, optimieren Seite 12

Gliederung 1 Einführung 2 Projektbeispiele 3 Perspektiven

Aufgabenfelder Projektbeispiele Nautik Technik Logistik! Routenplanung! Ziel und Zeit, Schiffscharakteristik, Wetter! Verkehrssituation, historisches Wissen,! Routenführung! Kollisionsverhütung, Wetter, Schiffsstabilität, Strandungsvermeidung, gute Seemannschaft! Trimm,! Kommunikation! Meldungen absetzen, Route übermitteln! Fernüberwachung, Fernsteuerung!! Zustandserfassung! Zustandsanalyse und Schadenserkennung! Zustandsprognose! Erkennen drohender Schäden! IH-Bedarf spezifizieren, kommunizieren, planen! Zustandsabhängige Reaktionen!! Betriebsprofile anpassen! Systeme abschalten! Ersatzsysteme aktivieren! Unterstützungsbedarf anfordern! Nautik: Lotse, Liegeplatz, Schlepper, Festmacher,! Technik: IH-Dienstleistungen, Ersatzteile,! Logistikpartner informieren! ETA! Ladungsdaten! Stauplanung übermitteln, optimieren Seite 14

Autonomes Navigationssystem

Schiffsführungssimulation Testumgebung für innovative Navigation und autonome Navigation Stealth View Schiffsführungssimulation Datenbasisgenerierstation Virtueller Schiffsführungssimulator Funktion: Freie Perspektive Funktion: Echtzeit-Schiffsführungssimulation Funktion: Eigenschiffmodellierung, ENC- und 3D- Modellierung Funktion: Multi-Schiff-Simulation

Tests zur autonomen Navigation mit Modellschiffen

Test des autonomen Navigationssystems Mittelmeer, Mai 2017, Containerschiff Hannah Schulte Karte: Google Maps

Aufgabenfelder Projektbeispiele Nautik Technik Logistik! Routenplanung! Ziel und Zeit, Schiffscharakteristik, Wetter! Verkehrssituation, historisches Wissen,! Routenführung! Kollisionsverhütung, Wetter, Schiffsstabilität, Strandungsvermeidung, gute Seemannschaft! Trimm,! Kommunikation! Meldungen absetzen, Route übermitteln! Fernüberwachung, Fernsteuerung!! Zustandserfassung! Zustandsanalyse und Schadenserkennung! Zustandsprognose! Erkennen drohender Schäden! IH-Bedarf spezifizieren, kommunizieren, planen! Zustandsabhängige Reaktionen!! Betriebsprofile anpassen! Systeme abschalten! Ersatzsysteme aktivieren! Unterstützungsbedarf anfordern! Nautik: Lotse, Liegeplatz, Schlepper, Festmacher,! Technik: IH-Dienstleistungen, Ersatzteile,! Logistikpartner informieren! ETA! Ladungsdaten! Stauplanung übermitteln, optimieren Seite 19

Agenda

FernSAMS Fernsteuerung von Hafenschleppern

FernSAMS Fernsteuerung von Hafenschleppern Seite 22

Aufgabenfelder Projektbeispiele Nautik Technik Logistik! Routenplanung! Ziel und Zeit, Schiffscharakteristik, Wetter! Verkehrssituation, historisches Wissen,! Routenführung! Kollisionsverhütung, Wetter, Schiffsstabilität, Strandungsvermeidung, gute Seemannschaft! Trimm,! Kommunikation! Meldungen absetzen, Route übermitteln! Fernsteuerung!! Zustandserfassung! Zustandsanalyse und Schadenserkennung! Zustandsprognose! Erkennen drohender Schäden! IH-Bedarf spezifizieren, kommunizieren, planen! Zustandsabhängige Reaktionen!! Betriebsprofile anpassen! Systeme abschalten! Ersatzsysteme aktivieren! Unterstützungsbedarf anfordern! Nautik: Lotse, Liegeplatz, Schlepper, Festmacher,! Technik: IH-Dienstleistungen, Ersatzteile,! Logistikpartner informieren! ETA! Ladungsdaten! Stauplanung übermitteln, optimieren Seite 23

EU-Project: STM-Validation " 39 Partnern " 43 Mio. " 2015 2018 " http://stmvalidation.eu/ Ausgangssituation Zielsituation STM Validation

EU-Project: STM-Validation SeaSWIM (System Wide Information Management) " Interoperability " Maritime Cloud European Maritime Simulator Network (EMSN) Voyage management " route planning " route exchange " route optimization " focus: ship Flow management " overall traffic flow (dense traffic, particular navigational challenges) " focus: land organizationsa nd ships Port Collaborative Decision Making " information sharing " collaborative decision making " focus: all stakeholders " demonstrate and validate the target concept " large-scale test beds " 300 vessels, 10 ports and 3 shore based traffic

EU-Projekt STM Validation (2015-2018) The Development, Validation, Deployment of STM STM Validation

Aufgabenfelder Projektbeispiele Nautik Technik Logistik! Routenplanung! Ziel und Zeit, Schiffscharakteristik, Wetter! Verkehrssituation, historisches Wissen,! Routenführung! Kollisionsverhütung, Wetter, Schiffsstabilität, Strandungsvermeidung, gute Seemannschaft! Trimm,! Kommunikation! Meldungen absetzen, Route übermitteln! Fernsteuerung!! Zustandserfassung! Zustandsanalyse und Schadenserkennung! Zustandsprognose! Erkennen drohender Schäden! IH-Bedarf spezifizieren, kommunizieren, planen! Zustandsabhängige Reaktionen!! Betriebsprofile anpassen! Systeme abschalten! Ersatzsysteme aktivieren! Unterstützungsbedarf anfordern! Nautik: Lotse, Liegeplatz, Schlepper, Festmacher,! Technik: IH-Dienstleistungen, Ersatzteile,! Logistikpartner informieren! ETA! Ladungsdaten! Stauplanung übermitteln, optimieren Seite 27

Projekt VESTVIND Prognose von Schiffsankünften! Projekt VESTVIND VESTVIND = Vessel Traffic Vorhersage Informationsdienst! Analyse der statistischen Zusammenhänge, Basis AIS-Daten und weitere Einflussgrößen, wie! Wetter! Tide, Strömung! Schleusen! Verkehrsdichte! Verlässliche Verkehrsprognosen bis zu 72 h für die deutsche Nord- und Ostsee! Automatisierte Berechnungen von Schiffsankünften Beispielausschnitt der Schiffsbewegungen der Deutschen Bucht aus MarineTraffic

Prognosequalität Beispiel NLRTM - DEHAM 60 Abweichung Deviation [min] [min] Tolerance Akzeptanzgrenzen boundaries Deviation of predicted arrival time and actual arrival time [min] 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 -60 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Remaining travel time do destination [h]

Gliederung 1 Einführung 2 Projektbeispiele 3 Perspektiven Seite 2

Entwicklungslinien Gestern Systemunterstützung Informationssysteme Betriebsüberwachung und Zustandsanalyse Entscheidungsort Schiff - Nautik Schiff - Technik Schiff - Logistik Land Entscheider Vernetzung Mensch keine Seite 31

Entwicklungslinien Gestern Heute Systemunterstützung Informationssysteme Assistenzsysteme Betriebsüberwachung und Zustandsanalyse Entscheidungsort Schiff Schiff + Land - Nautik Schiff Schiff + Land - Technik Schiff Schiff + Land - Logistik Land Land Entscheider Mensch Mensch Vernetzung keine Schiff-Reederei, Schiff-Zulieferer Seite 32

Entwicklungslinien Gestern Heute Morgen? Systemunterstützung Informationssysteme Assistenzsysteme Autonome Systeme Betriebsüberwachung und Zustandsanalyse Entscheidungsort Schiff Schiff + Land Schiff + Land - Nautik Schiff Schiff + Land Schiff - Technik Schiff Schiff + Land Schiff - Logistik Land Land Land + Schiff Entscheider Mensch Mensch Mensch + Maschine (KI) Vernetzung keine Schiff-Reederei, Schiff-Zulieferer Schiff- Logistik- und Wertschöpfungsketten Seite 33

Fazit Logistik Schiff Hafen Die großen Potenziale des intelligenten Schiffes hinsichtlich! Effizienz und! Sicherheit werden ausgeschöpft werden können mit der! horizontalen Integration mit intelligenten Häfen und intelligenten Logistikketten und der Technik! vertikalen Integration mit intelligenten Wertschöpfungsketten (Werft, Zulieferer). Seite 34

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! The future is already here it's just not very evenly distributed. William Gibson, 1993 SF author, USA Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/william_gibson