Faalscenario’s, failsafes en redundantie voor het onbemande SMAS-schip
SMAS ontwikkelt een autonoom, snel varend schip zonder bemanning aan boord, met geïntegreerde drone-in-a-box voor inspectie en vrachtlevering aan offshore windturbines. Aansturing gebeurt vanuit twee Mission Control Centers (Eemshaven en Emden).
In de vorige opdracht is de MCC Component Library opgesteld. Die bevat 28 logische componenten in vier architectuurlagen, afgeleid uit vijf operationele scenario’s. Drie daarvan beschrijven situaties die misgaan: communicatieverlies tijdens een missie (S2), mislukte dronelancering (S3) en verslechterend weer tijdens een missie (S4). Die analyse keek vanuit het MCC: welke functie heeft de operator nodig. Wat het schip zelf moet kunnen, welke failsafes aan boord nodig zijn en welke systemen dubbel uitgevoerd moeten worden, is nog niet uitgewerkt. Security is bewust buiten de component library gehouden en wordt in een aparte fase behandeld.
Lees de MCC Component LibraryVanuit de faalscenario’s bepalen welke eisen dit stelt aan het schip, de drone-installatie en de communicatieketen, zodat het MCC-ontwerp en de specificatie van het schip op elkaar aansluiten.
Welke technische eisen, failsafes, redundantie en observatiemiddelen zijn nodig om het onbemande SMAS-schip veilig te laten functioneren wanneer een operationeel scenario misgaat?
Werk S2, S3 en S4 uit vanuit het schip in plaats van vanuit het MCC. Beschrijf per scenario de oorzaak, hoe het schip het detecteert, wat het schip zelfstandig doet als er geen verbinding met het MCC is, en in welke eindtoestand het schip terechtkomt (safe state). Leg expliciet vast wat er gebeurt bij combinaties, zoals weersverslechtering tijdens linkverlies met een drone in de lucht.
Vul de set aan met scenario’s die nog ontbreken. De startlijst S6 tot en met S16 is uit te breiden of te schrappen na onderbouwing. Beschrijf de nieuwe scenario’s in dezelfde stapstructuur als de component library, zodat nieuwe of gewijzigde MCC-componenten direct herleidbaar zijn.
Leid per scenario af wat het schip moet hebben of kunnen. Denk aan sensoren, actuatoren, autonome besluitvorming aan boord, compartimentering, brandbeveiliging, noodverlichting en markering, positiebepaling en ankeren of drift-gedrag. Formuleer eisen toetsbaar (meetbare waarde, conditie, reactietijd) en koppel elke eis aan het scenario en de stap waaruit hij volgt.
Maak per scenario onderscheid tussen preventieve maatregelen (kans verkleinen) en mitigerende maatregelen (gevolg beperken). Gebruik hiervoor een bow-tie-analyse of FMEA. Bepaal per failsafe of die aan boord, in het MCC of in de drone moet zitten, en wat het schip doet als meerdere failsafes tegelijk actief worden. Neem bestaande failsafe-logica van PX4 en ArduPilot mee als referentie voor de drone, en regelgeving en classificatierichtlijnen voor op afstand bestuurde en autonome schepen (onder meer IMO MASS Code en DNV-CG-0264; stand van zaken nagaan) voor het schip.
Stel een redundantiematrix op voor alle kritieke systemen en classificeer elk systeem. Onderbouw iedere keuze met scenario, gevolg en kosten of gewicht. Besteed aandacht aan common-cause failures: twee systemen die dezelfde voeding, kabelroute of antenne delen zijn niet redundant.
Bepaal wat de operator in het MCC in elk scenario moet kunnen zien en horen, en welke middelen daarvoor nodig zijn.
Uit te breiden of te schrappen na onderbouwing.
| # | Scenario |
|---|---|
| S6 | Uitval voortstuwing of stroomvoorziening (blackout) op zee |
| S7 | Brand aan boord, waaronder thermal runaway van drone- of scheepsaccu’s |
| S8 | Harde landing of crash van de drone op het dek of in de drone box |
| S9 | Aanvaringsrisico met vaartuig of drijvend object, inclusief schepen zonder AIS |
| S10 | GNSS-verlies, jamming of spoofing |
| S11 | Waterinname, kapseizen of stabiliteitsverlies |
| S12 | Drone raakt turbine of blad tijdens inspectie |
| S13 | Vrachtverlies of vastlopen van de lier tijdens levering |
| S14 | Uitval van beide MCC’s of van de MCC-to-MCC-verbinding |
| S15 | Slecht zicht (mist, nacht) tijdens transit of lancering |
| S16 | Onbevoegde persoon of object aan boord (aan de haven of op zee) |
| Klasse | Betekenis |
|---|---|
| N+1 / dubbel | Uitval leidt direct tot onveilige situatie; geen acceptabele degraded mode |
| Graceful degradation | Uitval is op te vangen met een ander systeem of beperkte functionaliteit |
| Enkelvoudig | Uitval heeft geen directe veiligheidsimpact; missie kan worden afgebroken |
| Product | Inhoud |
|---|---|
| Scenariocatalogus | Uitgewerkte faalscenario’s S2 tot en met S16 (of gemotiveerde selectie) in stapstructuur |
| Eisenlijst | Toetsbare eisen aan schip, drone-installatie en communicatie, herleidbaar naar scenario en stap |
| Failsafe-overzicht | Bow-tie of FMEA per scenario, met locatie van de failsafe (schip, drone, MCC) |
| Redundantiematrix | Classificatie per kritiek systeem met onderbouwing en common-cause-analyse |
| Communicatie- en cameraconcept | Linkarchitectuur, datastromen met prioriteit, cameraplan, bandbreedte- en vermogensbudget |
| Update component library | Nieuwe of gewijzigde MCC-componenten die volgen uit de nieuwe scenario’s |
Security (authenticatie, encryptie, intrusion detection) valt buiten deze opdracht. Waar een faalscenario een securityoorzaak kan hebben, zoals GNSS-spoofing, wordt het gevolg en de failsafe uitgewerkt en de oorzaak doorgezet naar de securityfase. Het ontwerpen of dimensioneren van de scheepsromp en voortstuwing zelf valt buiten scope; het gaat om de eisen die de scenario’s daaraan stellen.
28 logische componenten over vier architectuurlagen, afgeleid uit vijf operationele scenario’s, voor zowel een plug-in- als een stand-alone-MCC.
Bekijk het resultaatActiefRechtsvergelijkend onderzoek naar de aansprakelijkheid van betrokken partijen bij autonoom drone-gebruik in het Nederlands-Duitse grensgebied.
Lees de opdrachtOpenstaandOpenstaande opdracht voor een CMGT- of CMD-student: bouw iteratief de demo waarmee het consortium de missie van schip en drone concreet kan zien.
Lees de opdrachtNeem contact op met Zernike CollabSpace of bekijk de overige opdrachten binnen het SMAS-project.