Vi står inni en diger kule ved Offshore Simulator Centre (OSC) i Ålesund. Den er omtrent 13 meter i diameter og fyller mer enn tre etasjer. Hele innsiden av kuleveggen er en skjerm.
Vi står trygt på land, men samtidig på en komplett skipsbro med tilhørende kontrollstasjoner. Skjermbildet er fylt av himmel og hav, og de bølgene gjør at det føles som vi gynger.
OSC utvikler og leverer avanserte simulatorløsninger for maritime operasjoner, og er verdensledende på sitt felt. Kula er den største simulatoren ved senteret, koblet sammen med en rekke mindre simulatorer for kraner og undervannsfartøy (ROV-er).
Dette gir mulighet for integrert og realistisk simulering av de virkelig store operasjonene. For eksempel når en modul på flere hundre tonn skal ned på havbunnen på et olje- og gassfelt – over 250 meter under havoverflaten, og kobles sammen med en installasjon der.
- – Helt på grensen av kranens kapasitet: Fem ingeniører har forberedt dette løftet i to år
Trente
Åsgard-feltet i Nordsjøen har det første anlegget i verden for gasskompresjon på havbunnen. Det kom i drift i 2015. Konstruksjonen dekker et areal tilsvarende to fotballbaner.
Å få ned og koble sammen alle de ulike modulene innebar mye analyser og planlegging, og mange krevende kranløft fra båt. Trening på slikt skjer ellers gjerne i tørr- eller flytedokk. Fordi mange av modulene var så store og tunge, var simulator eneste løsning.
– Kaptein, styrmann, kranførere og ROV-piloter på konstruksjonsskipet North Sea Giant var her ved simulatorsenteret og trente på operasjonene sammen, forteller Karl Henning Halse, førsteamanuensis ved Institutt for havromsoperasjoner og byggteknikk ved NTNU Ålesund.
Universitetsbygningene ligger et steinkast unna simulatorsenteret, og NTNU er med som eier. Halse er dessuten blant forskerne i et senter for forskningsdrevet innovasjon (SFI) med mål om å utvikle nye verktøy, prototyper og opplæring for trygg og effektiv installasjon og vedlikehold av strukturer i ekstreme farvann. Senteret heter SFI Move, og er et samarbeid mellom NTNU og Sintef.
– Vi har begynt å jobbe mot ombordstøttesystemer som inkluderer analyse og simuleringer, forteller Halse.
SFI Move orienterer seg mot tre områder. Forskerne har lenge jobbet med olje- og gassoperasjoner. Simuleringen av offshore vindkraftverk er også kommet et godt stykke på vei. I tillegg satser de på simulering av mineralutvinning fra havbunnen.
Da miljøet i Ålesund opprettet den første versjonen av simulatorsenteret med en navigasjonssimulator for 17 år siden, var det for å trene opp styrmenn. I dag er ambisjonen å kunne simulere alle typer marine operasjoner, både med tanke på trening, design og planlegging. I tillegg kommer muligheten for å ta modellene og simuleringene med ut som beslutningsstøtte.
Vanlig PC
Se for deg systemer som kommer med de beste løsningene i spesifikke situasjoner. Eller som gjør at en krevende operasjon får grønt lys, selv om analysene fra forberedelsene tilsier at bølgene er for høye til å gå i gang. Simuleringer som gjøres offshore kan også brukes til å gi mannskapet trening på vei ut eller mens de venter på været, og til å finpusse på prosedyrene.
– Modellene og kjernen i simuleringene ved OSC kan kjøres på en vanlig, kraftig PC. Hos oss bruker vi det meste av datakraften til å generere de store skjermbildene, forteller Ian Hildebrand, sjefingeniør ved simulatorsenteret.
Mannskap som allerede er ute til havs, trenger ikke en diger kuleskjerm for å få en følelse av at det er på ekte. Å utstyre et skip med en versjon av simulatoren behøver altså ikke å være veldig omfattende. Det kan holde med en vanlig dataskjerm.
Omfattende analyser i datamodeller er uansett en viktig del av forberedelsene til offshore-operasjoner i dag, men de utføres på land. Utvikling og testing av fartøy, verktøy og installasjoner skjer også i første omgang i datamodeller og simuleringer i dag – såkalt virtuell prototyping. For eksempel ble kranen til North Sea Giant bygd, simulert og testet virtuelt.
– Den ble testet her. Det er mye billigere å bygge en kran virtuelt enn i virkeligheten, sier Hildebrand.
I tillegg har selskapene begynt å bruke såkalte digitale tvillinger som følger fartøy, installasjoner og utstyr helt fra design til skraphaugen – dette er modeller for tilstandskontroll som også danner grunnlag for beslutningsstøtte.
Både Hildebrand og Halse ser for seg hvordan videreføring av alt dette til simuleringer offshore, kan gi både tryggere og mer effektive operasjoner.
- Gjør øvelsen så realistisk som mulig: Ny treningssimulator kobler seg direkte til båten
Veldig verdifull
– Simuleringene ved OSC medførte blant annet endringer i Åsgard-operasjonenes prosedyrer, forteller Loic Meignan. Han er ingeniørspesialist hos TechnipFMC og feltingeniør på North Sea Giant. Det var TechnipFMC som utførte de aktuelle løftene for Statoil.
– Jobben var veldig sammensatt, og vi fikk muligheten til å tilpasse og optimalisere operasjonen basert på direkte tilbakemeldinger fra alle som var involvert. Det var en stor fordel å ha gått gjennom den i en simulator, sier Meignan.
Morten Person i Statoil var leder for marine operasjoner ved Åsgard-operasjonen.
– Denne treningen var veldig verdifull for oss, og bidro til at vi gjennomførte den svært krevende operasjonen sikkert og langt mer effektivt enn vi ville trodd på forhånd. Samhandlingen i forkant bidro til god kommunikasjon i teamet. De som skulle utføre operasjonen, hadde på forhånd øvd seg og forbedret prosedyrene, men også bygd opp en stor trygghet som ble viktig når uventede situasjoner oppsto, sier Person.
Fjernet vannmassene
Til simuleringen måtte OSC lage noe som kunne representere kameraene på ROV-ene, som pilotene er avhengige av for å styre. OSC tok utgangspunkt i eksisterende 3D-modeller av havbunn og konstruksjoner og puttet inn ROV-er og skip. Det ble mulig å zoome inn og ut og velge synspunkt. Også broen fikk en egen skjerm med denne visualiseringen. Den ga total oversikt over til det som skjedde under vann – siden vannmassene var fjernet. Under vann er sikten ofte begrenset på grunn av lite lys og partikler.
– Kapteinen beskrev det som å slå på lyset subsea. Mannskapet ønsket seg tilsvarende 3D-visualisering om bord, og det fikk vi laget til dem, forteller Hildebrand ved OSC.
Transpondere på ROV-ene til North Sea Giant har nå mulighet til å oppdatere representasjonen av undervannsfartøyene i 3D-visualiseringen om bord.
– Ideen er kjempegod, selv om det ikke har fungert helt optimalt og ROV-ene har vært litt ustabile i visualiseringen. Om dette hadde virket litt bedre, ville det vært veldig bra med en videreutvikling hvor også burene og navlestrengene til undervannsfartøyene er representert, sier Meignan.
Ved OSC og SFI Move ble historien en viktig inspirasjon til å tenke videre rundt ombordstøttesystemer som inkluderer analyse og simulering.
– Vi så at 3D-visualiseringen ga mannskapet ny lærdom, blant annet ved at de oppdaget ting de ikke hadde tenkt på tidligere, sier Halse.
Bedre forståelse
Operasjoner av dette kaliberet er som nevnt alltid modellert og gjennomanalysert på forhånd. Hvordan legges fartøyet best opp mot ulike værforhold? Hvilket spenn vil kranen ha? Hvilken kraft vil virke på wiren? Hvor store blir bevegelsene i krantippen?
– Vi analyserer forskjellige scenarier med ulike værforhold, bølgehøyde og bølgeperioder for å forstå hva som er mulig og kjenne begrensningene, så vi kan forsikre oss om at operasjonen er trygg, sier Meignan i TechnipFMC.
Analysene er teoretiske og brukes ikke til prediksjon, men mer som en statistisk tilnærming for å forstå hvor de operasjonelle grensene går. Så lenge simuleringene skjer på land, vet man mindre om virkeligheten enn når man er kommet ut.
– Ute vet vi hvor vinden kommer fra og hvor sterk den er, hvor høye bølgene er, hvordan båten er lastet, og hvordan fartøyet beveger seg. Da kan det bli mulig å gjøre analysene og simuleringene på nytt for å få en bedre forståelse, sier Halse.
Kanskje om båten dreies litt mer nordover, eller det tappes litt mer ballast i noen tanker, vil fartøyet føre seg litt bedre.
– Kapteiner, operatører og mannskap har mye kunnskap og erfaring, men analysemodeller kan gi dem enda mye mer, sier han.
Vente på været
Meignan har også tro på at ombordstøtte av denne typen kan gi nye muligheter, om den viser seg å være trygg og pålitelig.
– Vi kan tenke oss en situasjon hvor analysene fra land viser fartøyet bør vente på været på grunn av bølgehøyden. Der og da beveger skipet seg likevel ikke seg så mye, og en ny kalkulering viser kanskje at været er akseptabelt for å gå i gang, sier Meignan.
Å vente på været eller gå i gang med operasjonen er et spørsmål om sikkerhet med betydelige økonomiske konsekvenser. Mer optimale operasjoner og potensielt mindre venting på været vil være ønskelig, ifølge feltingeniøren.
Karl Johan Reite, forskningsleder for Marin IKT ved Sintef Ocean, fremhever det samme:
– Denne typen ombordstøtte kan sannsynligvis åpne for gjennomføring av operasjoner under forhold hvor man i dag må vente på bedre vær. Muligheten for å øke værvinduet uten å ofre sikkerhet vil være viktig, sier han.
- For store og tunge moduler til å trene i skipsdokk: Her trener Statoil på å senke 390 tonn ned til 265 meters dyp
Underutnyttet metode
Forskerne ved Sintef har blant annet jobbet med ulike systemer for ombordstøtte på fiskebåter med ringnot. For å gi råd om hvordan fartøyet kan opereres med minst mulig oljeforbruk, har de utviklet PurSense. Systemet bruker data om været, lastkondisjon og fartøyets hastighet.
– Denne ombordstøtten er basert på modeller, sensorikk og langtidsstatistikk, sier Reite.
Et annet konsept handler om hvordan man kan dra inn øvre og nedre del av ringnota synkront, for å unngå ødeleggelser på not og fangst. Elektroniske sensorer skal måle hvor langt inn den øvre og den nedre delen av nota er kommet.
– Dette kan utvides. Informasjon om selve nota og data fra sensorene kombinert med data om kurs, fart og strøm kan gi grunnlag for simulering av setteprosessen og en 3D-visualisering av nota nede i sjøen, sier Reite.
Denne typen kombinasjon av målinger og matematiske modeller kalles tilstandsestimering.
– Ved hjelp av tilgjengelige målinger og en modell kan man generere virtuelle målinger. Det vil si informasjon som hentes ut av en modell eller simulering som hele tiden blir oppdatert med reelle målinger, sier Reite.
Spesielt under vann kan det være dyrt, vanskelig og til dels umulig å måle. Målinger kombinert med en god modell kan da gi veldig gode resultater, tror forskningslederen.
– Dette er en svært underutnyttet metode maritimt. Jeg tror den kommer til å få en viktig plass etter hvert som folk begynner å oppdage vellykkede applikasjoner. Vi har så vidt begynt å prøve ut metoden i et industriprosjekt som handler om seismikk, forteller han.
Fjernstyrte operasjoner
Sjefingeniør Hildebrand ved simulatorsenteret i Ålesund ser i tillegg for seg at simuleringer offshore vil gjøre det mulig å følge med på operasjonen fra simulatorer på land.
– Det er enkelt å sende data over satellitt – mye enklere enn å sende video. Vi kunne for eksempel stått her inne og vært med på operasjonen. Neste steg er at noen tar kontroll herfra, sier han og peker på kontrollsystemene i den store simulatorkula ved OSC.
Ifølge Hildebrand er det ingen tekniske hindre for dette i dag, men regelverket står i veien, og det er en vei å gå før det blir akseptert. Konsekvensen kan etter hvert bli redusert bemanning, og til slutt ubemannede operasjoner. Selvkjørende operasjoner er han mer usikker på.
– Det er lite i veien for selvkjørende båter, men når det dreier seg om komplekse kranoperasjoner trenger vi mennesker som kan agere på det uventede. Selvkjørende biler stopper jo bare i slike situasjoner. Det er ikke nødvendigvis et alternativ med moduler på hundrevis av tonn som henger i en wire, og fire meter høye bølger, sier Hildebrand.
- North Sea Giant: Dette skipet kan løfte 420 tonn i ni meter høye bølger
