Ερευνητικό Πρόγραμμα DIGITSENSE

*Φωτογραφία από την Εναρκτήρια Συνάντηση των εκπροσώπων των συμμετέχοντων φορέων του ερευνητικού προγράμματος DIGITSENSE, στην Σχολή Ναυτικών Δοκίμων στις 13/09/2021

Το φαινόμενο του Θερμοκηπίου επηρεάζει την ανθρωπότητα. Ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO) συμμορφούμενος με το πολιτικό πλαίσιο που έχει συμφωνηθεί από τις περισσότερες χώρες του πλανήτη έχει βάλει υψηλά στις προτεραιότητες του το στόχο για μειώσεις των εκπομπών ρύπων από τα πλοία.  Η δημιουργία ενός ισχυρού κανονιστικού πλαισίου με εφαρμογή σχεδίων ενεργειακής αποτίμησης και ποσοτικών δεικτών ενεργειακής απόδοσης (SEEMP, DCS, MRV, EEDI, EEOI, ΕΕΧΙ, CII, AER) έχουν καταστήσει ιδιαίτερα επιτακτική την αναγκαιότητα λήψης συγκεκριμένων μέτρων περιστολής της κατανάλωσης καυσίμου και εν γένει της εξοικονόμησης ενέργειας τόσο σε νεότευκτα όσο και σε υφιστάμενα πλοία. Επιπρόσθετα υπάρχει η ανάγκη σημαντικής περιστολής του κόστους συντήρησης και λειτουργίας των  πλοίων σε συνδυασμό με την διατήρηση υψηλής αξιοπιστίας και διαθεσιμότητας τόσο από τις κύριες και βοηθητικές μηχανές όσο και από τα υπόλοιπα ενεργειακά συστήματα ενός πλοίου. Με βάση τα ανωτέρω, καθίσταται σαφής η ανάγκη συνεχούς παρακολούθησης, καταγραφής και αποτίμησης των ενεργειακών καταναλώσεων και της λειτουργικής κατάστασης ενός πλοίου σε πραγματικό χρόνο με σχετικά χαμηλό κόστος. Αυτό θα επιτρέψει την διαμόρφωση και εφαρμογή στοχευμένων μέτρων ενεργειακής αναβάθμισης τόσο σε εμπορικά αλλά και σε πολεμικά πλοία.

Στο Ερευνητικό Πρόγραμμα DIGITSENSE που υλοποιείται στα πλαίσια της Δράσης Εθνικής Εμβέλειας «ΕΡΕΥΝΩ-ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ-ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ Β’ ΚΥΚΛΟΣ», του Επιχειρησιακού Προγράμματος «ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ, ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ & ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ», με την συγχρηματοδότηση της Ελλάδας και της Ευρωπαϊκής Ένωσης, συμπράττουν η εταιρεία ΠΡΙΣΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Α.Β.Ε.Ε., με τον Τομέα Ναυπηγικής και Ναυτικής Μηχανολογίας της Σχολής Ναυτικών Δοκίμων και το Εργαστήριο Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Ερευνών του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών – ΕΛΚΕ-ΕΚΠΑ/ E²ReLab (Διευθυντής Καθηγητής Μιχαήλ Γρ. Βραχόπουλος), με σκοπό την ανάπτυξη ενός «ψηφιακού διδύμου» (Digital Twin) των ενεργειακών συστημάτων ενός πλοίου και την διασύνδεσή του με σύστημα συλλογής και επεξεργασίας μετρήσεων από τους διάφορους αισθητήρες που είναι εγκατεστημένοι στο πλοίο, δημιουργώντας ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον όπου σε πραγματικό χρόνο το ψηφιακό δίδυμο θα τροφοδοτείται με μετρήσεις από τα αντίστοιχα ενεργειακά συστήματα και θα παρέχει εκτίμηση των ενεργειακών ροών.

Συντονιστής του έργου είναι ο Τομέας Ναυπηγικής και Ναυτικής Μηχανολογίας της Σχολής Ναυτικών Δοκίμων, με Επιστημονικό Υπεύθυνο τον Αναπληρωτή Καθηγητή Δρ. Παριώτη Ευθύμιο και Συντονιστή τον Αναπληρωτή Καθηγητή Δρ. Ιωάννη Κατσάνη.

Βασική επιδίωξη θα είναι τα μοντέλα προσομοίωσης που θα χρησιμοποιηθούν για την περιγραφή των ενεργειακών συστημάτων του πλοίου να εδράζονται σε φυσικές αρχές, στοιχείο που θα επιτρέψει στο ψηφιακό δίδυμο να αξιολογεί την ενεργειακή απόδοση των διαφόρων συστημάτων συναρτήσει των εκάστοτε συνθηκών λειτουργίας (συνδυάζοντας στοιχεία / μετρήσεις που λαμβάνονται από διάφορες πηγές, τα οποία καθορίζουν τις οριακές συνθήκες κάθε συστήματος). Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα χρήσιμο χαρακτηριστικό που ενισχύει την ανταγωνιστικότητα του τελικού προϊόντος καθώς επιτρέπει στο ολοκληρωμένο σύστημα που θα υλοποιηθεί να μην περιορίζεται σε απλή καταγραφή και στατιστική επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται, αλλά θα είναι εφικτή η κριτική αξιολόγηση (με βάση φυσικές αρχές λειτουργίας) των δεδομένων, επιτρέποντας την ανάπτυξη δεικτών υγείας / απόδοσης των διαφόρων ενεργειακών συστημάτων του πλοίου (KPI’s) σε πραγματικό χρόνο, ενώ θα υποβοηθήσει σημαντικά στην αξιοπιστία των σημάτων ελέγχου που παράγει η πλατφόρμα (alarms).

Το προτεινόμενο ψηφιακό δίδυμο των ενεργειακών συστημάτων του πλοίου θα αναπτυχθεί σε πλατφόρμα λογισμικού στην οποία θα περιέχονται βιβλιοθήκες με έτοιμες συνιστώσες κυρίων και βοηθητικών συστημάτων ενός πλοίου π.χ. μηχανές, συμπιεστές – στροβίλους υπερπλήρωσης, ψυγεία κλπ. Στα πλαίσια του έργου θα γίνει πιλοτική εφαρμογή του «ψηφιακού δίδυμου» σε ναυτική εγκατάσταση (πραγματικές συνθήκες λειτουργίας) όπου καταρχάς θα γίνει βαθμονόμηση των επιμέρους μοντέλων, και στην συνέχεια θα εκτιμηθούν οι ροές ενέργειας με βάση τα δεδομένα που θα συλλέγονται σε πραγματικό χρόνο από την ολοκληρωμένη πλατφόρμα συλλογής και επεξεργασίας μετρήσεων.

Οι δυνατότητες και οι προοπτικές εφαρμογής του ψηφιακού δίδυμου είναι μεγάλες γεγονός που αποδεικνύεται από το έντονο ερευνητικό και εμπορικό ενδιαφέρον που παρουσιάζεται διεθνώς. Σε πλήρη ανάπτυξη το ψηφιακό δίδυμο όλων των ενεργειακών συστημάτων ενός πλοίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ιεράρχηση των ενεργειακών ροών και την αξιολόγηση (μέσω φυσικών υπολογιστικών μοντέλων) όλων των σημάτων που λαμβάνονται από τους αισθητήρες του μηχανοστασίου προκειμένου να αποτυπώνεται σε πραγματικό χρόνο η ροή ενέργειας στο πλοίο καθώς και να παράγονται αξιόπιστοι και χρήσιμοι (από οικονομικής και ενεργειακής / περιβαλλοντικής σκοπιάς) δείκτες απόδοσης (KPI’s).

Το γεγονός ότι το ψηφιακό δίδυμο βασίζεται σε φυσικά μοντέλα και πραγματικά δεδομένα από τα πλοία, το καθιστά ικανό να υποστηρίξει επιπλέον εφαρμογές σε σύγκριση με τα υφιστάμενα συστήματα καταγραφής και στατιστικής επεξεργασίας των μετρήσεων, και να συνδυαστεί με τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης για την διάγνωση της λειτουργικής κατάστασης των διαφόρων συστημάτων αλλά και την παροχή υποδείξεων για την βέλτιστη ενεργειακή διαχείριση συναρτήσει (σε πραγματικό χρόνο) των εκάστοτε συνθηκών (λειτουργικών και περιβαλλοντικών) αυξάνοντας σημαντικά την επιχειρησιακή ικανότητα ενός πλοίου και μειώνοντας ταυτόχρονα το περιβαλλοντικό του αποτύπωμα.

ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ DIGITSENSE

Αντικείμενο του Ερευνητικού Προγράμματος DIGITSENSE είναι η ανάπτυξη ενός καινοτόμου ευφυούς ψηφιακού διδύμου (digital-twin) ενεργειακών συστημάτων πλοίων το οποίο θα αποτελεί μία ολοκληρωμένη πλατφόρμα συλλογής,  επεξεργασίας και οπτικοποίησης των μετρήσεων από τους διάφορους αισθητήρες που είναι εγκατεστημένοι στο πλοίο, ενώ παράλληλα οι μετρήσεις αυτές θα τροφοδοτούν μοντέλα προσομοίωσης (διαβαθμισμένων επιπέδων φυσικής εμβάθυνσης) των ενεργειακών συστημάτων του πλοίου.

Μέσα από αυτή την πλατφόρμα θα επιτυγχάνεται η εκτίμηση σε πραγματικό χρόνο αλλά και σωρευτικά των καταναλώσεων καυσίμου των ροών ενέργειας και του αποτυπώματος άνθρακα των ενεργειακών συστημάτων διαφόρων τύπων πλοίων.

Το λογισμικό προσομοίωσης θα είναι ενσωματωμένο (embedded) στο λογισμικό συλλογής και επεξεργασίας μετρήσεων, το οποίο θα είναι εξοπλισμένο με αλγορίθμους μηχανικής μάθησης προκειμένου να καθίσταται δυνατή η αρχική βαθμονόμηση των μοντέλων προσομοίωσης και εν συνεχεία, να γίνεται αξιολόγηση της αξιοπιστίας των μετρήσεων και της λειτουργικής κατάστασης των ενεργειακών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο.

ΣΤΟΧΟΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ DIGITSENSE

Οι επιμέρους στόχοι του Ερευνητικού Προγράμματος DIGITSENSE είναι :

Σ.1 Ανάπτυξη φυσικών μοντέλων προσομοίωσης ενεργειακών συστημάτων μιας ναυτικής εγκατάστασης, εφαρμογή και αρχική τους βαθμονόμηση με βάση δεδομένα μετρήσεων.

Σ.2 Κατάλληλη προσαρμογή αισθητήρων, εξοπλισμού και πλατφόρμας συλλογής μετρήσεων με βάση τις απαιτήσεις εφαρμογής του συστήματος (digital-twin).

Σ.3 Ενσωμάτωση των φυσικών μοντέλων προσομοίωσης στην πλατφόρμα συλλογής μετρήσεων. Δημιουργία αρχικής μορφής ψηφιακού διδύμου DIGITSENSE.

Σ.4 Πιλοτική εφαρμογή του ψηφιακού διδύμου DIGITSENSE σε ναυτική εγκατάσταση. Έλεγχος ομαλής λειτουργίας, και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.

Σ.5 Δημιουργία εκπαιδευτικού υλικού με βάση τα αποτελέσματα της πιλοτικής εφαρμογής του DIGITSENSE με αντικείμενο την βελτιστοποίηση των ενεργειακών συστημάτων πλοίων.

Σ.6 Αξιοποίηση των αποτελεσμάτων της πιλοτικής εφαρμογής του DIGITSENSE με σκοπό την οικονομική και εμπορική εκμετάλλευση του συστήματος. Εκπόνηση συγκεκριμένου σχεδίου επιχειρηματικής εκμετάλλευσης.

Σ.7 Σύνδεση έρευνας καινοτομίας και επιχειρηματικότητας και ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας, της παραγωγικότητας και της εξωστρέφειας της εταιρείας ΠΡΙΣΜΑ προς τις διεθνείς αγορές και αύξηση του κύκλου εργασιών της.

Σ.8 Δημιουργία θέσεων εργασίας στη φάση της ανάπτυξης του συστήματος αλλά και μετέπειτα, καθώς και υποστήριξη μεταπτυχιακής έρευνας

Σ.9 Διάχυση και προβολή των αποτελεσμάτων του έργου στην Ελλάδα και διεθνώς.