Die rasante technologische Entwicklung und fortschreitende Digitalisierung treiben die Anwendung hochautomatisierter Systeme zur Steuerung großer Seeschiffe weiter voran und lassen die autonome Navigation und die unbemannte Schifffahrt in greifbare Nähe rücken.

Mit der fortschreitenden Entwicklung werden auch Veränderungen in der begleitenden Infrastruktur unumgänglich. Insbesondere im Hafenbereich werden die klassischen Schiffsunterstützungs­operationen durch Hafenschlepper den neuen Anforderungen der autonomen und teilautonomen Schiffe gerecht werden müssen. Dies bedingt, dass eine zukünftige Assistenz von im Hafenbereich typischen Wende- sowie An- und Ablegemanövern auch mit ferngesteuerten und autonomen Schiffen der Automatisierungsstufen 3 und 4 ohne Besatzung agieren können muss.

Fasst man die Herausforderungen für die Schiffsassistenz in Häfen zusammen, so werden zukünftig Assistenzsysteme benötigt, die, selber unbemannt fahrend, sowohl manuell gesteuerte Schiffen als auch ferngesteuerten und autonomen Schiffen innerhalb der typischen Wende- sowie An- und Ablegemanövern in Häfen assistieren können.

Dazu müssen sie Positions- und Kraftforderungen digital empfangen und in direkter Nähe zum Schiff exakt umsetzen und zurückmelden können. Unabhängig davon, ob sie dabei ferngesteuert oder autonom agieren, müssen sie in vielen Situationen schnell und weitgehend autark auf wechselnde hydrodynamische Einflüsse reagieren.

In unklaren Situationen, Notfällen und auf Kommando müssen sie selbständig sichere Positionen relativ zum fahrenden Schiff einnehmen und halten können, ohne umgebene Fahrzeuge zu gefährden.

Emissionslose elektrische Antriebe werden dabei den aktuellen und kommenden Umweltanforderungen gerecht und müssen von Energiespeichern gespeist werden, die eine hohe Leistungsabgabe mit einer hohen Schnellladefähigkeit kombinieren.

Letztendlich muss diese Generation der Manöverassistenz den wirtschaftlichen Ansprüchen und Sicherheitsanforderungen der Häfen genügen und eine effiziente, kostengünstige und sichere Schiffsassistenz für eine große Varianz an Schifftypen anbieten können.    

Ziel des Vorhabens ModularShipAssist ist die Entwicklung eines autonomen, modularen Assistenzsystems, bestehend aus einer variablen Anzahl von Antriebsmodulen und einem mobilen Leitstand. Dieses soll auf Grundlage der kommandierten Anforderungen des Hafenlotsen bzw. des Kapitäns des zu assistierenden Schiffes, auf einfache und intuitive Weise Unterstützung beim Manövrieren bieten. Für zukünftige unbemannte autonome Schiffe soll das Assistenzsystem über standardisierte digitale Schnittstellen zusätzliche Antriebsanforderungen bei Bedarf zur Verfügung stellen können.

Die Bedienung der Assistenzmodule bei bemannten Schiffen soll durch eine mobile Steuerbox erfolgen, die zu Beginn der Assistenz vom Hafenlotsen auf das Schiff mitgenommen wird. Über diese Steuerbox erfolgt die direkte Vorgabe von Kräften und Momenten, die auf das Schiff wirken sollen. Weiterhin sollen geregelte Assistenzmodi möglich sein, wie z.B. die Vorgabe der Schiffsgeschwindigkeit und der Position.

Während die kommandierten Kräfte, Momente und Geschwindigkeiten intuitiv per 3D-Joystick vorgegeben werden können, erfolgt die Umsetzung dieser Kraftvorgaben autonom durch die Assistenzmodule.

Der Lehrstuhl Regelungstechnik übernimmt in diesem Forschungsprojekt die Konzeptionierung und Umsetzung des Steuer- und Regelsystem auf allen Schlepper- und Schubmodulen als auch die übergeordnete Reglung des Schiffsverbandes. Insbesondere wird die Positions- und Bahnregelung in hydrodynamisch stark gestörten Umgebungen sowie in direkter Nähe und unter Wechselwirkungen benachbarter Schiffe thematisiert. Weiterhin sind die Regelung der Kraftvorgabe unter Einhaltung der Positionierung und Ausrichtung am Schiffsrumpf sowie die DP-Regelung des zu assistierenden Schiffes über die angekoppelten Schleppermodule Arbeitspakete, die in diesem Forschungsprojekt vom Lehrstuhl Regelungstechnik erarbeitet werden.