Mange marine operasjoner er hemmet av mangel på informasjon om deler av systemet, spesielt i tilfeller der overflatefartøy er koblet til undervannskomponenter. Dette prosjektet vil vise hvordan tilstandsestimering kan benyttes for å øke den tilgjengelige informasjonen om systemet. Prosjektet er et samarbeid mellom Rolls-Royce Marine, Offshore Simulation Centre og SINTEF Fiskeri og havbruk, og støttes av innovasjonsprogrammet Maritim virksomhet og offshore operasjoner (MAROFF) ved Norges Forskningsråd.
Mål
Hovedmålet med prosjektet er å utvikle neste generasjons teknologi for styring og overvåking av skipsbaserte marine operasjoner, basert på tilstandsestimering. Denne teknologien vil i prosjektet bli eksemplifisert ved å utvikle et kommersielt verktøy for styring av vinsjer for å oppnå mest mulig optimal form på trålsystemer (både bunntrål og flytetrål).
Hovedmålet skal oppnås ved å realisere følgende delmål:
Utvikle egnete matematiske modeller for operasjonen.
Utvikle tilstandsestimator for operasjonen basert på matematiske modeller og målesignaler fra tilgjengelige sensorer.
Presentere informasjon for brukere gjennom 3D visualisering av operasjonen, samt å tilpasse brukergrensesnitt for systemet til dette.
Utvikle reguleringssløyfe for vinsjer basert på tilstandsestimatoren.
Utførelse
Problemstillingen i prosjektet er avgrenset til å utvikle et kommersielt produkt som både kan gi bedre informasjon under tråling og som automatisk styrer vinsjene for å oppnå maksimal effektivitet. Totalsystemet kan dermed klart defineres som marint kybernetisk, et av områdene som i MAROFFs programplan er identifisert med kompetansemessige forskningsutfordringer.
Faglig sett vil prosjektet i stor grad basere seg på å tilpasse eller videreutvikle eksisterende teoretiske metoder til de aktuelle applikasjoner. SINTEF Fiskeri og havbruk AS har dette som et spesialområde, og vil tilpasse resultater fra tidligere prosjekter til applikasjoner for sanntids styring og overvåking.
Bruk av tilstandsestimatorer er kjent fra andre marine operasjoner, slik som ved dynamisk posisjonering av fartøy. Formålet med tilstandsestimatorer er å få mer kontinuerlig informasjon om systemet til enhver tid under operasjon, og dette gjøres ved å kombinere sensormålinger med en matematisk modell. Variable som ikke måles direkte kan da hentes fra den matematiske modellen. Man må finne frem til et sett av nødvendige målinger som er tilstrekkelige for å sikre robust konvergens, og tilpasse den matematiske modellen til disse.
Når tilstandene til trålsystemet er tilstrekkelig nøyaktig kjent, skal denne informasjonen benyttes til å kontrollere vinsjene slik at trålnota blir mest mulig effektiv.
Utfordringer
I prosjektet er tre hovedutfordringer for FoU identifisert:
Matematisk modellering
Utvikling av tilstandsestimator
Utvikling av reguleringssystem
De mest sentrale FoU-utfordringene ligger innen modellering av tråloperasjonen og utvikling av passende tilstandsestimatorer. Det vil måtte utvikles matematiske modeller av flere typer bunntrål (f.eks. torsketrål og reketrål) og pelagisk.
Det er ikke kjent at tilstandsestimatorer har vært brukt kommersielt for marine fleksible systemer med anvendelser sammenlignbare med fiskeri- og offshore operasjoner som tråling og ankerhåndtering. Forskningsutfordringen for tilstandsestimatorer ligger i å finne frem til et sett av nødvendige målinger som er tilstrekkelige for å sikre robust konvergens, og å tilpasse den matematiske modellen til disse.
Kunnskapsfronten
Kunnskapsfronten innen de enkelte forskningsområder betraktes å være:
Matematisk modellering: Eksisterende modeller kan grovt sett dels i to; de detaljerte som tar sikte på å modellere operasjonen så nøyaktig som overhodet mulig, og de forenklete som bare tar med de aller viktigste egenskapene. For å utnytte modellene i tilstandsestimatorer er det avgjørende med beregninger i sann tid, og forenklete modeller er nødvendige. Enkelte publikasjoner eksisterer på slik modellering for denne type systemer, og disse resultatene kan utnyttes i det foreliggende prosjektet.
Tilstandsestimering: Brukes i dag i en rekke relaterte anvendelser, f.eks. til dynamisk posisjonering av skip, FPSO/flytende oljerigger og manøvrering AUV/ROV.
Visualisering: Det finnes skipsbårne verktøy i dag med 3D visualisering, men disse er basert på til dels dårlig/ingen informasjon om hva som skjer i systemene.