Tue Aug 11 2020

08 11

Scheepsontwerp in 2050: van kunst naar wetenschap

15/06/2017

Door Liam van Koert

Het waarheidsgetrouw op papier krijgen van het fysieke voorkomen van een schip is een troebele aangelegenheid. Maar met het verdwijnen van het papier trekt de mist langzaam op en wordt het ontwerpen van schepen steeds meer een exacte wetenschap. Naast digitalisering en het vastleggen in kennisregels, drukken ook nieuwe materialen en productiemethoden hun stempel. En dan is er nog dat andere regeltype dat zich met het ontwerp bemoeit: dat van de wetgever. Een vergezicht richting 2050.


     

Anno 2017 is een schip ontwerpen een waar kunststuk. Afhankelijk van het soort schip ligt het schimmige startpunt bij een rederij of scheepsbouwer. Veel is er nog niet bekend. Technische en functionele wensen en specificaties gaan heen en weer. Snelheid, diepgang, tonnage, het aantal motoren, alles komt aan bod. En dan nog een keer. Totdat men het aandurft, een bestek schrijft en een prijs afgeeft. De engineeringfase breekt aan, waarbij tal van tools worden ingezet om tot een optimaal ontwerp te komen. Rekenen met eindige elementen, tekenen met CAD (nog veelal in 2D) – en een aardige portie dat ‘volgens toestand’ ingebouwd. Want een schip blijkt in de dagelijkse wereldpraktijk dusdanig complex, dat onmogelijk alle details op voorhand kunnen worden vastgelegd. Het resultaat is een grote verscheidenheid aan ontwerpen, waarbij de state-of-the-art- grotendeels afhankelijk is van de functie van het schip, waar het gemaakt is en onder welke vlag hij het ruime sop kiest.

 

Nieuw voorkomen met nieuwe ingrediënten

Willen we iets zeggen over hoe een schip er in 2050 uit ziet, dan zullen we eerst moeten kijken naar de dan voorhanden zijnde technologie. Wat hebben we nu, en wat is over 35 jaar de state-of-the art? Wat zijn daarnaast dan de grote economische en maatschappelijke drijfveren die een schip zijn voorkomen geven? Voor wat betreft technologie staan er spannende dingen op stapel. Denk aan biomimetica, nano-coatings, of nieuwe materialen waarvan tot op het kleinste niveau specifieke eigenschappen meegegeven worden. Om zichzelf te herstellen bijvoorbeeld, of beter bestand te zijn tegen corrosie, hoge drukken en hoge temperaturen. Hoewel ook in 2050 staal nog steeds een dominant materiaal is, zullen er tevens vorderingen zijn gemaakt op het gebied van lichtgewicht materialen als grafeen, materialen voor 3d-printen en nieuwe lijmsoorten. Dit laatste om het gemakkelijker te maken delen te recyclen. Dat brengt ons op een tweede belangrijk punt dat het scheepsontwerp zal veranderen: schepen in 2050 zijn een stuk groener. Nu al wordt er gekeken naar alternatieve brandstoffen en aandrijfsystemen. LNG en waterstof bijvoorbeeld. Maar zelfs kernfusie en magneethydrodynamische aandrijvingen zonder bewegende delen, zei het dat deze technologieën nu nog in de kinderschoenen staan, worden door scheepsbouwers onderzocht. Ten derde zullen ook hele nieuwe toepassingen ons beeld van schepen veranderen. Multifunctionele schepen, mijnbouw op zee en grotere drijvende structuren zoals vliegvelden of zelfs steden zullen allemaal een maritieme impact hebben op het voorkomen van onze 2050-vloot. Tot slot is er de onherroepelijke invloed van digitalisering. De opmars van sensoren, een almaar toenemende connectiviteit in combinatie met kunstmatige intelligentie maakt dat schepen steeds minder bemanning nodig hebben en zelfs onbemand zouden kunnen varen. Voor wat betreft het ontwerp vereist dit niet alleen een meer mechatronische benadering door de toenemende rol van software, maar ook de noodzaak voor ontwikkeling van intuïtieve, mensvriendelijke interfaces, zodat ook een niet-technische bemanning bijvoorbeeld een robot aan boord aan het werk kan zetten.

 

Onvermijdelijke digitale inhaalslag

Tot zover het ‘fysieke’ voorkomen van een willekeurig 2050-schip. Ook het ontwerpproces zal dan onder invloed van nieuwe technologie drastisch zijn veranderd. Er zijn al krachtige en geïntegreerde engineeringtools op de markt, waarmee alle betrokkenen in de keten vanuit één model gezamenlijk aan het schip werken. Dit gaat veel verder dan alleen 3D-CAD. Ook multifysische simulaties, logistieke- en productieaansturing en lifecycle management vinden plaats vanuit een ‘single truth’-model. Dergelijke systemen worden in de vliegtuigindustrie en automotive al veelvuldig gebruikt. Momenteel bewegen hun platformen zich steeds meer richting kennissystemen die zelf ontwerpen genereren op basis van kennisregels en gevoed worden door de ‘big data’ uit het veld. In de maritieme sector zijn dergelijke ontwerp- en productiemethoden nu nog ondenkbaar door een gebrek aan uniforme standaarden en een sterke sturing op TCO. Toch zal deze sector in 2050 op dit front overstag zijn en van kennissystemen gebruikmaken. En wel om dezelfde noodzaak tot kostenefficiëntie en risicobeperking. Kartrekkers in Europa en Japan zullen als eerste sneller en nauwkeuriger een betere kwaliteit tegen een lagere prijs kunnen aanbieden. Bovendien zorgen kennissystemen voor de broodnodige kennisborging en zullen in 2050 de meeste productievloeren ‘eisen’ dat (scheeps)onderdelen op eenzelfde eenduidige manier worden aangeboden. Als vervolg op Smart Industrie en industrie 4.0, zou je het productie 5.0 kunnen noemen. Maar dat is een volgend verhaal.

 

De invloed van de regelmakers

De regels voor het optimale schip beperken zich niet tot de wetten van Archimedes, Newton en andere grote natuurkundigen. De meeste regels waar de kennissystemen van de toekomst mee moeten werken, zijn van een meer politieke aard. Ze bevatten generieke technische eisen, veiligheids- en milieuwetgeving, maar ook economische- en operationele regels. Gezien hun vaak tegenstrijdige karakter en uiteenlopende belangen van rederijen, scheepsbouwers en vlaggenstaten, ligt hier de grootste onzekerheid van ons 2050-vergezicht. Ontwikkelt de wereld zich volgens een protectionistisch scenario? Dan zal er een grotere regionale variatie van regels ontstaan, waarbij de milieueisen minder zwaar zullen wegen. Is de toekomst er een van duurzame samenwerking? Wie weet, varen er dan autonome zeilschepen die open met hun omgeving communiceren.

Naast toekomstscenario’s is ook de balans tussen een voortschrijdende- of doelstellingsgerichte aanpak bepalend voor ons scheepsontwerp. Timmeren we alles dicht met wetten om risico’s zoveel mogelijk te beperken? Het helpt grove fouten voorkomen, beperkt wildgroei en maakt het eenvoudiger om appels met appels te vergelijken. Tegelijkertijd creëren we hiermee in potentie een te generiek waterhoofd dat een rem zet op innovatie. Het alternatief is een meer functionele specificatie, inclusief garanties voor veiligheid en milieu. De hoe vraag? Die beantwoordt de ontwerper zelf. Of die bekwaam genoeg is om dat op een juiste manier te doen en hoe je doelgebaseerde wetgeving handhaaft? In 2050 zijn het de kennissystemen die deze vraag voor hun rekening nemen.

 

 

 

*Dit artikel is het eerste deel van een drieluik over ontwerp, productie en recycling in de maritieme sector in 2050 en verscheen eerder dit jaar in het vakblad Constructeur Aanleiding was het 100 jarig bestaan van Stichting Ondersteunigsfonds Nationaal Instituut Scheepsbouw en Scheepvaart (NISS).  Het is gebaseerd op diverse rapporten en uitspraken van experts uit de sector. Kijk op www.NISS100.nl voor meer informatie.