Subsea IMR bewegt Roboter

Bild: Saipem

Bild: Oceaneering

Previous Next

Unbemannte maritime Systeme (UMS), insbesondere autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs), sind kommerziellen Anwendungen nicht fremd. Die Untersuchung des Meeresbodens durch AUVs und anschließend unbemannte Landfahrzeuge (USVs) ist mittlerweile eine anerkannte Praxis. Die UMS-Technologie erobert neue Geschäftsbereiche, insbesondere Inspection Maintenance and Repair (IMR). Obwohl es keine perfekten Definitionen gibt, können diese Aufgaben wie folgt angesehen werden:

• Inspektion ist die Aufgabe, eine Struktur, möglicherweise eine Pipeline, auf ihren Zustand hin zu untersuchen.
• Die Wartung ist eine Routineaufgabe, die die Interaktion mit einer Struktur umfasst, z. B. das Drehen eines Ventils oder das Einführen einer Leitung.
• Eine Reparatur ist in der Regel ein wichtiger Eingriff, z. B. das Ersetzen eines Rohrbruchs.

Diese Missionen waren traditionell die Domäne von ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) der Arbeiterklasse und den großen Offshore-Hilfsschiffen (OSVs), auf die sie angewiesen waren. Aber die Zeiten ändern sich.

Heutzutage gibt es eine Vielzahl neuer Roboteransätze für die IMR, die die konventionellen Techniken schrittweise durcheinander bringen. Das Spektrum reicht von neuartigen ROV-Bereitstellungskonzepten bis hin zu unbemannten Systemen, die sich auf dem Meeresboden befinden, und umfasst neuartige Roboterformfaktoren und Geschäftsmodelle. Es gibt zwar spannende Entwicklungen zu diskutieren, sie konzentrieren sich jedoch hauptsächlich auf Inspektion und Wartung. Die Reparatur ist derzeit noch die Domäne von leistungsstarken und stark von Menschen betriebenen ROVs, die von OSVs unterstützt werden. Der „I“ - und „M“ -Sektor ist jedoch ungefähr die Hälfte des gesamten IMR-Marktes und verzeichnet eine rasante Entwicklung.

Neue Ansätze für ROVs

Das offensichtlichste Element der Änderung in der gegenwärtigen Praxis ist das Entfernen des Schiffes. Ein logischer erster Schritt besteht darin, ein großes, teures Schiff mit Besatzung durch ein USV zu ersetzen. Dieser Ansatz wurde von mehreren Akteuren demonstriert. In einer verteidigungsorientierten Demonstration wurden ROVs von Teledyne Seabotix von Marine Advanced Research WAM-V USVs betrieben. In der kommerziellen Praxis wurden SAAB ROVs von L3 ASV C-Worker USVs unterstützt. In diesen Konfigurationen ist das Ziel in erster Linie die Inspektion. Ein Bediener an Land, der über Funk oder Satellitentelemetrie verbunden ist, kann mit den kombinierten Systemen Strukturen oder den Meeresboden untersuchen. Leichte Eingriffe sind möglich, aber in der Regel fehlt den beteiligten ROV die physische Leistung, um die wichtigsten Offshore-Wartungsaufgaben zu erledigen. Operationen dieser Art werden typischerweise in Stunden oder vielleicht einigen Tagen gemessen, sollen aber nicht dauerhaft sein.

Gutschrift: L3 ASV Ein weiteres Konzept, das Anklang findet, ist die Installation eines ROV an einem festen Ort. Dies kann an eine große Installation angeschlossen werden, die Strom- und Datenverbindungen zurück an Land bietet. Es könnte auch über eine Boje für die Telemetrie angeschlossen werden und für die Stromversorgung auf Batterien angewiesen sein. In beiden Fällen ist das ROV nun ein fester Bestandteil der Baustelle und hängt nicht mehr von einem teuren Schiff ab. Dies ist ein überzeugendes Wertversprechen, erfordert jedoch eine erhebliche Investition in die Zuverlässigkeit des ROV. Traditionell werden ROVs routinemäßig an Deck gewartet und gewartet. Oft wird mehr als ein ROV an Bord eines Schiffes gebracht, um die Produktivität zu gewährleisten. Solche Ansätze sind in einem langfristigeren Betriebskonzept nicht realisierbar. Die Industrie hat diese Herausforderung angenommen und führende Unternehmen haben neue ROV-Angebote entwickelt. Oceaneering hat sein E-ROV entwickelt und in frühen Studien positive Ergebnisse erzielt. Saipem hat ebenfalls erheblich in diesen Bereich investiert. Ihr Hydrone-R-Fahrzeug ist das Ergebnis einer fast zweijährigen Entwicklungszeit. Es geht im Sommer 2019 von der Prototypenentwicklung zu Probefahrten über.

Meeresboden-Systeme
Die natürliche Entwicklung von ROVs, von denen man glaubt, dass sie stunden- oder tagelang ohne Schiffe funktionieren, sind Fahrzeuge, die sich ohne Halteseile auf dem Meeresboden befinden. SAABs Sabertooth war führend in diesem Bereich, beginnend mit einer vielfach erwähnten Demonstration im neutralen Auftriebslabor von Houston Ende 2016. Dies zeigte, dass ein frei schwimmendes AUV einen Ventilmechanismus sowohl autonom überwachen als auch transportieren und dann eingreifen kann. Dieser letztere Schritt wurde unter manueller Steuerung unter Verwendung von drahtloser Telemetrie mit hoher Bandbreite durchgeführt.

Seitdem haben andere diesen Raum betreten. Oceaneering hat sein Freedom-Fahrzeug vorgestellt. Dieses System ist als Mehrzwecksystem konzipiert und kann Vermessungs- und Inspektionsaufgaben ausführen. Es soll in einer Dockingstation auf dem Meeresboden untergebracht werden, wo es zum Aufladen zurückkehrt. Die Vision für solche Systeme ist es, sie für Monate auf dem Meeresboden zu installieren und zu belassen. Es kombiniert die Herausforderungen des Maschinenbaus, ROVs zuverlässig zu machen, mit Software, die für eine langfristige Funktionsfähigkeit erforderlich ist. Diese Technologiekonzepte werden langsam entwickelt, und die Lösung von Oceaneering hat sich rasch weiterentwickelt, um eine Marktauswahl zu ermöglichen.

Die Vision von kabellosen Fahrzeugen für den Meeresboden ist beeindruckend. Aber es bleibt eine Zukunftsvision. Heutzutage stehen Langzeiteinsätze von Fahrzeugen auf dem Meeresboden unmittelbar bevor, insbesondere mit Eelume, einem Unterwasserfahrzeug, das die Grenzen zwischen AUV und ROV verwischt und eine unverwechselbare Architektur verwendet, die Modularität und Manövrierbarkeit unterstützt. Diese Technologie sieht aus wie der Namensgeber des Aals und hat begonnen, Offshore-Erprobungsversuche für den Betrieb unter Wasser durchzuführen. Unterwasser-Systeme von Eelume wurden auf einem 360 m entfernten Unterwassertestgelände der Norwegian Science & Technology University installiert. Wasser vor der Küste von Trondheim im Mai 2019. Die Eelume-Roboter wurden mit einer Andockgarage auf dem Meeresboden eingesetzt und führten auf dem Unterwassertestgelände eine Reihe von Inspektions- und Lichtinterventionsaufgaben durch. Nach weiteren Test- und Konfigurationsversuchen in Trondheim im Laufe dieses Jahres ist geplant, dass die ersten beiden in der Unterwasserwelt ansässigen Eelume-Systeme auf dem Unterwasserproduktionsfeld von Åsgard für Equinor eingesetzt werden. Die beiden Robotersysteme werden für Inspektionsaufgaben und Eingriffsaufgaben konfiguriert, einschließlich der Betätigung von Ventilen für Drehmomentwerkzeuge. Diese ersten unterwasserresidenten Eelume-Systeme werden im batteriebetriebenen, kabelgebundenen Steuermodus betrieben, es wird jedoch erwartet, dass sie vor Jahresende kabellosen Betrieb zeigen.

Gutschrift: Eelume Staying “Connected”
Um den weitverbreiteten Betrieb von AUVs ohne Kabel zu unterstützen, muss eine drahtlose Verbindung zu den Systemen hergestellt werden. Akustische Modems eignen sich für Verbindungen mit großer Reichweite, bieten jedoch eine begrenzte Bandbreite. Optische Systeme können eine viel robustere Bandbreite bereitstellen, jedoch über begrenzte Bereiche. Ein kollektives System kann einen Ansatz für diese Herausforderung bieten. Ioseba Tena, Global Business Manager bei Sonardyne, bringt es auf den Punkt: „Bei Sonardyne haben wir Navigations- und Funktürme demonstriert, die mit akustischen und optischen Freiraummodems ausgestattet sind und Positionsaktualisierungen und Echtzeit-Pilotenkontrolle ermöglichen. Diese werden strategisch in Bereichen wie Bohrlöchern, Verteilern usw. platziert, in denen menschliches Eingreifen dazu beiträgt, Risiken zu minimieren und die Abläufe zu verbessern. Sie werden es uns ermöglichen, mit den Fahrzeugen in Echtzeit Streaming-Video- und Joystick-Befehle zu kommunizieren, als wären wir mit ihnen auf See. “Dieser Ansatz könnte es drahtlosen Fahrzeugen ermöglichen, weiter entfernt zu operieren, während sie immer noch in engem Kontakt mit den Betreibern stehen.

Neue Roboter, neue Geschäftsmodelle
Der Aquanaut von Houston Mechatronic erweitert die Vision von nicht angebundenen Unterwasserrobotern für IMR. Dieses Transformationssystem kann sowohl in einem AUV-Modus für Vermessung und Transit als auch in einem ROV-Modus für genauere Inspektion und Manipulation betrieben werden. Für Aquanaut ist vorgesehen, dass das System auf einer Baustelle ankommt und Aufgaben wie Ventilmanipulationen mithilfe seiner eigenen Onboard-Intelligenz ausführt. Die Bediener verwenden nur eine übergeordnete Überwachungssteuerung, um den Systemstatus zu überprüfen und Missionsbefehle auszugeben. Dieses Konzept fordert sowohl technologische als auch geschäftliche Konventionen heraus.

Die Transformationsmöglichkeiten von Aquanaut sind beeindruckende mechanische Entwicklungen. Die Entwicklungen im Bereich Sensorik und Softwareentwicklung sind jedoch gleichermaßen wichtig. Die Ausbildung eines Robotersystems zum Erkennen, Verstehen und Eingreifen in eine komplexe Unterwasserumgebung ist eine bedeutende Herausforderung. Vorausgesetzt, die Ingenieure haben Erfolg, ergeben sich die geschäftlichen Herausforderungen. Aquanaut ist als IMR-Bereitschaftsdienst vorgesehen, der bei Bedarf und ohne teure Schiffe die erforderliche Aktivität erbringt, ähnlich wie ein Mitfahrservice den Transport auf Abruf bereitstellt. Dies ist eine bemerkenswerte Änderung des Ansatzes und kann die Wirtschaftlichkeit der IMR radikal verändern.

Um diese Vision zu verwirklichen, müssen die Ingenieure die Technologie nicht einfach weiterentwickeln. Sie müssen den subjektiven menschlichen Bedienern ihre Zuverlässigkeit beweisen. Anwälte und Wirtschaftsprüfer werden den Kodex nicht verstehen und nur von aufeinander folgenden Demonstrationen und schrittweisen Fortschritten in Richtung einer vollständig autonomen IMR-Betriebsumgebung überzeugt sein. Um die Worte von Offshore-Betreibern und Managern zu vereinen, wird es eine „lange Panne“ sein, bis die „glänzenden Roboter“ alles können.