Smart Ship Ahoi – Maritim 4.0

Fachartikel

August 2017

Maritim 4.0

Stürmischer Seegang mit Flaute – was wie ein Paradoxon klingt, ist die aktuelle Lage im weltweiten Schiffsmarkt. Maritim 4.0 ist gefordert. Während die Weltwirtschaft in 2016 um 3,1 Prozent wuchs, stieg der Welthandel um nur 1,9 Prozent. Der Wind hat sich stark gedreht. Vor zehn Jahren war weltweit das Handelsvolumen noch fast doppelt so hoch wie das Wirtschaftsvolumen. Steigende Automation und damit verbunden die Rückholung der Produktion ins Verbraucherland ist laut dem Verband für Schiffbau und Meerestechnik (VSM)einer der stärksten Gründe für diese Entwicklung. Weltweit sorgen hohe Überkapazitäten für niedrige Transportraten und Ebbe in den Investitionskassen. Seit 2012 ist die Grosstonnage (GT) neu beauftragter Schiffe weltweit um fast 90 Prozent auf 11 Millionen GT in 2016 abgestürzt.

Trotz der angespannten Marktlage im Frachtbereich konnten sich deutsche Schiffbauer durch Fokussierung auf Nischen wie Kreuzfahrtschiffe und Megayachten, aber auch Fähren und Spezialschiffe für Behörden und Forschungszwecke Aufträge für knapp 18,5 Milliarden Euro sichern. Immerhin ein Anteil von 18 Prozent am weltweiten Auftragsmarkt. Drei Viertel aller deutschen Komponenten für maritime Maschinen und Anlagen werden ins Ausland geliefert. Das setzt die Zulieferer unter Druck. Die Exportnation Deutschland spürt stärker werdenden Gegenwind.

Doch die Politik legt mit der maritimen Agenda 2025 den Kurs fest. Hauptziele sind neben Ausbau der Technologieführerschaft, Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit und des Klimaschutzes vor allem der Ausbau der digitalen Infrastruktur. Maritim 4.0 mit Konzepten für autonome Schifffahrt soll der Branche neuen Aufwind geben. Breitbandanschlüsse mit mindestens 1 GBit-Datenraten bei Herstellern und Häfen werden gefördert. Ein Beispiel dafür ist die Hochseeinsel Helgoland, die vom Bund aktuell unterstützt wird: Über die Bereitstellung von Satellitendaten soll IT-Unternehmen die Entwicklung von neuen, sicherheitskritischen Echtzeit-Anwendungen wie Assistenzsysteme für (teil-) autonomen Schiffsbetrieb und optimierte Routennavigation, aber auch Hafenüberwachung ermöglicht werden.

Im Bereich Klimaschutz werden seit letztem Jahr in dem zehnjährigen Leuchtturmprojekt „e4ships“ Wasserstoffzellen- und Brennstoffzellentechnologie gefördert, um die durch Bordstromversorgung und Schiffsantrieb erzeugten Emissionen stark zu reduzieren. Laut VSM konnten in 2016 durch das BMWi-Förderprogramm „Maritime Technologien der nächsten Generation“ 22 neue Verbundforschungsvorhaben mit 86 Teilvorhaben begonnen werden, die mit insgesamt 35,1 Mio. € gefördert werden. Auf europäischer Ebene gibt es im Rahmen des HORIZON2020-Programms Fördermittel. Beteiligungs- und Wagniskapital können Startups und KMU unter der den Stichworten Blue Careers, Blue Labs und Blue Technology erhalten.

Auftrieb durch Innovation
Maersk Line Ship

Bild: Maersk

Aber auch strategische Partnerschaften wie mit Big Blue sind ein guter Weg, um neuen Technologien Auftrieb zu geben: Gemeinsam mit IBM setzt Transportriese Maersk auf eine komplette Digitalisierung seiner Logistikprozesse. Zur Verwaltung der Frachtinformationen haben die Partner ein System auf Basis von IBM‘s Blockchain-Lösung Hyperledger Fabric entwickelt [Blockchain, eine durch die Crypto-Währung Bitcoin bekannte Technologie, basiert auf einer verteilten Datenbank-Infrastruktur, bei der sämtliche Transaktionen einzelner Informationsträger miteinander verkettet, kryptografisch verschlüsselt und auf allen für die Transaktion erforderlichen Netzwerkknoten repliziert werden. Dadurch wird ein sehr sicherer Informationsaustausch gewährleistet, der neben hoher Transparenz auch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit zulässt.]. Profitieren soll davon ein ganzes Netzwerk aus Spediteuren, Reedereien, Häfen und Zollbehörden, das IBM und Maersk mit der Lösung weltweit zusammenbringen will. Da nur 10 Prozent aller global transportierten Güter ohne Schifffahrt in der Lieferkette auskommen, ist das Potential zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Fehlervermeidung enorm. Die Aufrechterhaltung der Kühlkette einer Lieferung von Ostafrika nach Europa erforderte laut Maersk in den vergangenen Jahren allein mehr als 200 unterschiedliche Interaktionen von knapp 30 beteiligten Parteien.

Big Blue ist nicht der Einzige, mit dem Maersk gemeinsam die Segel setzt. Mit dem Riesen aus Redmond soll der Datentsunami, der bei steigender Digitalisierung der Prozesse von Logistik bis hin zu Instandhaltung anrollt, in Microsoft’s Cloud Azure aufgefangen werden. Allein von der Flotte werden monatlich 30 Terabyte per Satellit übertragen.

Microsoft Maersk Triple E Infografic Smart Ship

Used with permission from Microsoft

Abläufe zu über 600 Schiffen, die weltweit gut 70 Häfen ansteuern und jährlich über 17 Millionen Container transportieren, sowie die damit verbundenen 4 Millionen Reparaturarbeiten pro Jahr sind zu analysieren und auszuwerten, um die Auslastung der Flotte zu maximieren und so über 10 Millionen Euro einzusparen. Kunden der Logistik-Firma erhalten laut Ibrahim Gokcen, Chief Digital Officer Maersk, zukünftig über die gesamte Lieferkette hinweg detaillierte Einblicke und damit eine höhere Transparenz für ihre eigene Planung. Maersk’s hausinterner Digitalisierungsbereich Damco wird einige Anwendungen als eigenständige Apps über den Maersk App Store bereitstellen, insbesondere für strategisch wichtige Abläufe wie die Zollabfertigung.

Hamburg Ahoi

Die Digitalisierung der Logistikabwicklung an Land wird im Hamburger Hafen bereits seit einigen Jahren vorangetrieben. Über ein in Zusammenarbeit mit T-Systems implementiertes und auf der SAP HANA In-Memory-Datenbank basiertes System werden alle Informationen, die Transporteure, Parkplatzbetreiber oder Hafenbetriebe benötigten, in einer zentralen und öffentlichen Cloud zur Verfügung gestellt. Zur weiteren Optimierung der Verkehrs- und Warenströme sollen zukünftig auch Echtzeitdaten zu Schiffsankünften, verfügbaren Ressourcen am Terminal sowie Verkehrs- und Infrastrukturdaten rund um den Hafen in die Serviceplattform einfließen.

Predictive-Analytics-Anwendungen sollen den Disponenten optimierte Handlungsvorschläge machen und darauf aufbauend entsprechende Navigationsrouten für Transportfahrzeuge erstellen. Bei über 40.000 LKWs, die täglich in Europas zweitgrößtem Hafen durchgeschleust werden, ein attraktives Optimierungspotenzial. Die bewährte Zusammenarbeit von T-Systems mit SAP setzt sich an Südafrikas größtem Logistikhafen fort. In einem Proof-of-Concept zeigte der Telekom-Dienstleister die digitale Optimierung des Hafens von Durban über schnellen Breitbrand-Mobilfunk, vernetzte Luft- und Wasserdrohnen und Videokameras mit ausgeklügelten Datenmodellen auf Basis der SAP HANA Plattform.

Disruptive Ideen zu digitalen Diensten, wie sie im Privatbereich durch AirBnB, Uber oder die Banking-App N26 bekannt sind, machen auch vor der Schiffslogistik nicht halt. Das Berliner Startup Freight Hub will den Meerestransport mit Fracht 2.0-Diensten revolutionieren. Als Full-Service-Spedition ohne eigene Assets flanscht sich der Service auf die Angebote der Reedereien und kann dadurch digitales Containertracking und die Verwaltung von Frachtdokumenten ermöglichen.

Rolls Royce Autonome Schiffe Smart Ship

Bild: Rolls Royce – Autonome Schifffahrt der Zukunft auf den Weltmeeren

Nordländer voraus

Neben aktuellen Entwicklungen, um Kapitäne von Frachtschiffen mit Technologien wie Augmented Reality bei der Navigation zu unterstützten, können sich Crews von Container-Schiffen in einigen Jahren wahrscheinlich auf permanentem Landgang einstellen. Waren werden dann von selbstfahrenden Schiffen durch die Meere kutschiert. Rolls Royce beabsichtigt, mit MacGregor, dem Engineering-Dienstleister des Frachtabwicklungsspezialisten Cargotec, die Auswirkungen autonomer Frachtschiffe auf den Markt zu erforschen und deren Entwicklung voranzutreiben.

Smart Ship Rolls Royce - Oskar Levander, Rolls-Royce SVP Concepts and Innovation

Bild: Rolls Royce – Oskar Levander, Rolls-Royce SVP Concepts and Innovation

Laut Oskar Levander, Rolls-Royce SVP Concepts and Innovation – Marine, rechnet man in regionalen Gewässern bereits 2020 mit ersten ferngesteuerten, jedoch noch bemannten Schiffen – vorrangig Schlepper und Fähren. Doch in etwa acht Jahren werden bereits autonome und ferngesteuerte Schiffe auf See erwartet. In 2030 könnten autonome Schiffe standardmäßig auf den Weltmeeren unterwegs sein. Die dafür benötigen Sensor-Systeme aus Infrarot- und hochauflösenden Kameras kombiniert mit Lidar für Reichweiten mit 1.000 Metern gibt es bereits. Mit der schwedischen Stena Line AB wird dazu an intelligenten Wahrnehmungssystemen gearbeitet, die aktuell in Finnland getestet werden. Rolls-Royce rechnet mit einem ersten kommerziell verfügbaren Produkt Ende 2017.

Auch Algorithmen für einen virtuellen Kapitän sind auf dem besten Weg, stabil zu laufen. Für den Einsatz im maritimen Umfeld muss bei beiden Technologien noch an der Kostenschraube gedreht werden. Welchen Gefahren autonome Schiffe ausgesetzt sind, untersucht Rolls-Royce in dem AAWA Projekt.

Smart Ship RollsRoyce

Cybersecurity erfordert eine verschlüsselte Kommunikation über eindeutige Sicherheitsprotokolle und eine kontextspezifische Angriffserkennung mit Überwachung des Netzwerks auf Anomalien. Piraterie ist ein weiteres Risiko, das jedoch über entsprechendes Schiffsdesign minimiert werden kann. Ohne Crew als potentielle Geiseln sinkt der Wert für Piraten. Im Falle einer Kaperung könnte das Schiff über eine Art Not-Aus gestoppt werden oder sich im Kreis drehen. Noch besser wäre, die Piraten gleich zur nächsten Küstenwache zu verschiffen. Ein weiterer Sicherheitsfaktor stellt eine Referenz-Datenbank dar, aus deren Statistikwerten verlässliche Vorhersagen für den Betrieb von autonomen Schiffen getroffen werden können. Den Grundstein dafür legte Norwegen Mitte letzten Jahres, indem der Trondheim Fjord von der norwegischen Seefahrtbehörde und der Küstenverwaltung weltweit als erstes Testgebiet für autonome Schiffe freigegeben wurde. Als Gründungsmitglied im finnischen Verbund für autonomen Schiffstransport (DIMECC) arbeitet Rolls-Royce auch mit Firmen wie ABB Cargotec, Ericsson, Meyer Turku, Tieto, und Wärtsilä it am Aufbau des weltweit ersten Systems im Baltischen Meer. Dafür soll als Teil der Intelligent Fairways Initiative ein Testbereich vor der Südwest-Küste Finnlands reserviert werden.

Doch auch kleinere Marktteilnehmer wie der finnische Düngemittelhersteller Yara setzen auf selbstfahrende Schiffe. Zur Lärm- und Abgasentlastung der umliegenden Dörfer sollen die bisher jährlich 40.000 LKW-Ladungen von dem elektrisch und autonom betriebenen Containerschiff „Yara Birkeland“ über Binnengewässer mit etwa zehn Knoten zum Hafen transportiert werden. Technologiepartner für die komplette Steuerung inklusive Sensoren und Fernbetrieb sowie dem elektrischen Antriebsystem mit einer bis zu 4 Megawattstunden großen Batterie ist Kongsberg. Mitte 2018 sollen bemannte Tests beginnen, die 2019 mit Fernsteuerung erweitert und 2020 in autonome Steuerung übergehen.

Auf alternative Antriebe in der Kreuzfahrt setzt Hurtigruten beim Neubau zweier Expeditionsschiffe für die Arktis und Antarktis. Anfänglich sollen kürzere Distanzen dabei vollelektrisch zurückgelegt werden können und so den Kraftstoffverbrauch um etwa 20 Prozent senken. Beim Betrieb beider Schiffe sind dies 6.400 Tonnen CO2-Ausstoss weniger als bisher. In einer zweiten Phase bis 2019 sollen beide Schiffe dank größerer Batterien auch längere Strecken, insbesondere in Fjorden, Häfen und Schutzgebieten, vollelektrisch fahren können. die norwegische Reederei The Fjords will mit der „Future of the Fjords“, einer 43 Meter langen Fähre für 400 Personen, zukünftig ganz emissionsfrei die westnorwegischen Fjorde schonen. Das von zwei 300 Kilowatt starken Elektromotoren angetriebene Schiff erzeugt durch das Design bei Geschwindigkeiten von bis zu 16 Knoten geringere Wellen und schont so die Küstenabschnitte.

Auch im Innovationsbereich wird auf neue Konzepte gesetzt. Am 13. September findet im Internationalen Maritimen Museum in Hamburg die Veranstaltung Buy Blue statt, eine Art Speed Dating für die Branche. Rotterdam richtet am 1. und 2. September den fünften World Port Hackathon aus. In Singapur wurde mit knapp 190 Teilnehmer aus den Bereichen Startup, Technologie und Venture Capital die sechsmonatige Smart Port Challenge gestartet. Die Branche stellt sich der Herausforderung.

Dieser Artikel wurde auch im Magazin ke-next (verlag moderne industrie – Mediengruppe des Süddeutschen Verlag) veröffentlicht.

Autor
AutorBritta Muzyk-Tikovsky
2020-02-14T17:13:43+00:00